NO165747B - Fremgangsmaate og anordning ved stoeping av metall. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte av den art som er angitt i krav l's ingress, samt en anordning som angitt i krav 2's ingress.

Ved konvensjonell fremstilling av metallbånd kan slike fremgangsmåter innbefatte trinnene av å støpe det smeltede metall til en barre, valsemne eller stavform som deretter underkastes flere trinn med varmvalsning og kaldvalsning, såvel som beising og varmebehandling i hvilke som helst av de forskjellige prosesstrinn for å gi ønsket metalltykkelse og kvalitet. Omkostningene ved fremstilling av kontinuerlige bånd, spesielt støpt med tykkelser i området 0,03-0,3 cm kunne nedsettes ved å eliminere noen av prosesstrinnene i de konvensjonelle fremgangsmåter. Det støpte bånd kunne bearbeides konvensjonelt ved kaldvalsing, beising og varmebehandling til endelige tykkelser i området 0,05-1,0 mm.

Det er også kjent et antall fremgangsmåter og apparater for fremstilling av direkte støpte bånd. Typiske for slike fremgangsmåter er de som innbefatter utsprøytning av smeltet metall gjennom en måleåpning over et gap på en raskt bevegelig kjøleoverflate såsom et hjul eller et kontinuerlig bånd, metoder hvor en kjølende overflate delvis neddyk-kes i en damm av smeltet metall, metoder som bruker hori-sontale kjedebelter som kjølende substrat på hvilke smeltet metall strømmer ut for størkning, samt metoder for støpning mellom dobbelte støpevalser med en damm av smeltet metall derimellom.

Man har forsøkt direkte støpning av metaller gjennom en åpning for kommersiell produksjon av bånd méd god kvalitet og struktur.

I US patent nr. 112.054 (21. februar 1871) viser en fremgangsmåte for fremstilling av en flat loddetråd fra smeltet metall presset ut gjennom en åpning og ned på en roterende støpeoverflate. På samme måte viser US patent nr. 905.758

(1908) en fremgangsmåte for å trekke smeltet metall ut av et utløp i den nedre ende av et kar og ned på en støpeover-flate. Britisk patent nr. 24.320 (1910) viser en fremgangsmåte for fremstilling av et ark eller bånd fra smeltet metall som strømmer ut gjennom en rørkanal som på minst en side er i kontakt med en bevegelig støpeoverflate. Repre-sentativt for et nyere system finnes i US patent nr. 3.522.836 (1970) hvor det vises en fremgangsmåte for bibe-holdelse av en konveks minikus utgående fra et munnstykke og bevege en overflate forbi munnstykkeåpningens utløp for kontinuerlig uttrekning av materiale og størkning som et kontinuerlig produkt. Det smeltede materialet holdes i statisk likevekt ved utløpet og holdes ved tyngdekraften i kontinuerlig kontakt med den bevegelige overflate. US patent nr. 4.221.257 (1980) vedrører en fremgangsmåte for å presse smeltet metall under trykk gjennom et spaltemunn-stykke ned på overflaten av et bevegelig avkjølt legeme.

Støpesystemer av åpningstypen er generelt begrenset til tynnere materialer vanligvis støpt i en tykkelse på mindre enn 0,25 mm. Slike systemer synes å være tykkelsesbegrenset fordi den bevegelige kjøleoverflate synes å være begrenset til det materialet som det kan størkne og føre bort når det utleveres fra munnstykkeåpningen. Slike systemer oppfører seg som en pumpe for smeltet metall og overfører overskudd av smeltet metall fra åpningen til kjøleoverflaten i en smeltet tilstand med mere varme enn det som kan ekstraheres til å gi et egnet bånd. Ved å nedsette avgivelseshastigheten for metallet og/eller ved å forøke hastigheten av kjøleover-flaten kan slike betingelser unngås, imidlertid vil en nedsettelse av tykkelsen være resultatet.

Når man forsøker å fremstille et krystallinsk bånd med de høye hastigheter for støpesystemer av åpningstypen vil dårlig kvalitet vanligvis være resultatet. Når det smeltede metall sprøytes på en høyhastighetskjøleoverflate eller det strømmer ut i full bredde på et langsommere bevegelig horisontalt belte vil metallet raskt føres bort fra tilførsels-kilden i en delvis smeltet tilstand. Det er denne beting-else som fører til nedsettelse av kvaliteten, fordi strimmelen raskt størkner fra kjøleflatesiden av strimmelen vil kryping finne sted og dette kan kun modereres ved fersk tilførsel av smeltet metall. Uten slik fersk tilførsel av smeltet metall vil sprekker raskt utvikle seg inne i båndets struktur og i betydelig grad nedsette dets fysikalske egenskaper. Man har forsøkt å forbedre munnstykkets geome-tri for å overkommer problemene som er beheftet med åpningstypestøpning, slik som vist i US patentene nr. 4.274.473 og 4.290.476. En ulempe med støpning av åpningstypen er at åpningen utmåler en mengde smeltet metall som i realiteten bestemmer tykkelsen av båndet. Ytterligere, relativt høye statiske trykk anvendes for å tilføre nok smeltet metall til åpningen og en relativt liten avstand fra støpehjulet for å holde det smeltede metall begrenser også båndets tykkelse. Et tykkere bånd kan også fremstilles på en enkel kjøleoverflate eksempelvis ved dyppe et lang-somt roterende kjølehjul ned i en statisk tilførsel av smeltet metall for å tillate størkning av et meget tykkere bånd. Smeltet metall størkner på overflaten av dette hjul og tiltar i tykkelse med en forutsigbar hastighet inntil det føres ut fra badet av smeltet metall eller separeres fra overflaten. Ved fersk tilførsel av smeltet metall unngås oppsprekking som størkning av et definert lag er-holdt ved åpningstypestøping, er beheftet med. Ytterligere vil en ekstremt steil varmegradient mellom den smeltede damm og størkningsfronten også direkte føre til en mer jevn indre struktur og forbedret øvre overflatekvalitet. En ulempe ved et slikt dyppesystem oppstår fra vanskeligheter med å forhindre at smeltet metall størkner på kantene av det noe neddykkede kjølehjul og med en tendens til å støpe en kanallignende struktur. Ytterligere vil det i tillegg være vanskelig å sikre en jevn kontakt mellom det størknede bånd og overflaten av kjølehjulet når dette endrer den smeltede damm, hvilket fører til en dårligere overflatekvalitet på den støpte side av båndet. Slike vanskeligheter fører til flekkvariasjoner i båndtykkelsen, idet tynnere båndseksjoner dannes hvor den intime kontakt nedsettes eller går tapt.

Andre direkte støpeprosesser er foreslått men ingen har blitt utviklet til kommersielle prosesser. F.eks. helling av smeltet metall på toppen av et bevegelig støpehjul gir bånd med ujevn tykkelse, dårlige kanter og uakseptabel kvalitet. US patent nr. 993.904 (1911) viser et apparat innbefattende et første kar for smeltet metall som ved tyngdekraften utføres av en utløpsåpning inn i en nedre del av et traulignende andre kar under nivået for smeltet metall deri. Det smeltede metall føres ut av det andre kar gjennom et overløp for å avgi smeltet metall på et støpe-hjul. US patent nr. 3.381.739 (1968) viser en fremgangsmåte ved fremstilling av ark eller båndmateriale ved å la en væske flyte over en overflate som er fuktet og danner en bro over avstanden til den bevegelige støpeoverflate på hvilken den størkner.

Hva som trenges er en fremgangsmåte som er nyttig i kommersiell produksjon for direkte støping av bånd med god overflatekvalitet, sammenlignbar eller bedre enn det konvensjonelt fremstilte bånd. Fremgangsmåten og apparatet for direkte støping bør gi bånd som er bedre enn ved overflate-typestøping så vel som bedre enn andre kjente direkte støpeprosesser innbefattende dyppestøpesystemer, horison-tale leddbeltekjølesystemer og tvilling støpevalser. Det er en hensikt med fremgangsmåten og apparatet å overkomme ulempene som de kjente direkte støpemetoder er beheftet med. Ytterligere er det et behov for en fremgangsmåte og apparat som tillater direkte støping av et relativt tykt bånd med en tykkelse større enn 0,3 mm og opptil 2,5 mm eller mere. Det er ønskelig at faktorer som bidrar til krymping og oppsprekking av direkte støpte bånd blir mini-malisert eller eliminert for å gi forbedret overflatekvalitet og struktur i båndet. Ytterligere er det ønskelig med en fremgangsmåte og apparat som er egnet for kommersiell produksjon av bånd til nedsatt pris og som muliggjør fremstilling av bånd av nye legeringer. Det direkte støpte bånd bør ha god overflatekvalitet, kanter og strukturer og egenskaper som i det minste er like gode som et konvensjonelt støpt bånd.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fremgangsmåte for direkte støping av smeltet metall til

et kontinuerlig bånd av krystallinsk metall. Fremgangsmåten er særpreget ved det som er angitt i krav 1's karakteriserende del, nemlig at smeltet metall (19) føres ut fra utløps-enden av et støpekar (18) med en utløpsende omfa-ttende en U-formet åpning (26) som omfatter med støpeoverflaten (20)

i det vesentlige parallelle kanter og en plan bunnvegg (28), samt på innsiden anordnede divergerende sidevegger (31) som åpner seg oppad, at støpeoverflaten (20) beveges oppad forbi støpekarets (18) utløpsende og i en forutbestemt avstand

fra denne, at det smeltede metall (19) avkjøles til et bånd (15), og at stråleavkjølingen av det smeltede metall lettes ytterligere ved hjelp av et kjøleorgan (54) plassert i en avstand fra det smeltete metalls (19) øvre overflate i en sone ovenfor denne for å fjerne varme fra det smeltede metalls overflate over den U-formete åpning (26) og nær støpeoverflaten (20) for å påvirke kvaliteten og strukturen av det støpte bånds (15) overflate.

Det er også tilveiebragt en anordning for utførelse av fremgangsmåten, anordningen er særpreget ved det som er angitt i krav 2's karakteriserende del, ytterligere trekk ved anordningen fremgår av krav 2-4. Oppfinnelsen skal nærmere beskrives under henvisning til de vedlagte tegn-inger, hvori Figur 1 viser skjematisk et båndstøpeapparat i henhold til oppfinnelsen. Figur 2 viser et sideriss av støpekaret i henhold til opp-

finnelsen.

Figur 2a viser mere detaljert siderisset i henhold til figur 2.

Figur 2b er et annet detaljert bilde av figur 2.

Figur 3 er et grunnriss av støpekaret ifølge figur 2.

Figur 3a er et endebilde av støpekaret ifølge figur 3. Figur 4 er et sideriss av den foretrukne utførelsesform av støpekaret i henhold til oppfinnelsen. Figur 5 er et grunnriss av den foretrukne utførelsesform av støpekaret ifølge figur 4. Figur 6 er et forstørret sideriss av en foretrukket utfør-elsesform av utløpsenden av støpekaret ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 7 er et fotomikrografi av en typisk "type 304" legering (AISI Type 304 rustfritt stål) av et støpt bånd ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 8 er et fotomikrografi av et bånd fremstilt ved konvensjonell varmevalsing av en "type 304" legering. Figur 1 viser generelt et støpeapparat 10 innbefattende et overføringskar 12 og et matefyllkar 14 for tilførsel av smeltet metall til støpekaret 18 for direkte støping av smeltet metall på støpeoverflaten 20 for å produsere et kontinuerlig produkt i form av en strimmel eller ark 15. Smeltet metall 19 tilføres fra karet 12 til fyllekaret 14 til støpekaret 18 på konvensjonell måte. Stoppestaven 16 eller annen egnet anordning kan kontrollere strømmen av smeltet metall til støpekaret 18 gjennom føringen 17. Støpekaret 18 er vist hovedsakelig horisontalt og har en mottagerende og en utløpsende anordnet tilstøtende støpe-

overflaten 20.

Tilførselen av smeltet metall 19 gjennom støpekaret 18 kan oppnås ved hvilke som helst egnede konvensjonelle metoder og apparater av kar, fyllekar eller pumper for smeltet metall. Karet 12 og matefyllkaret 14 kan være av kjent konstruksjon og bør være egnet for tilførsel av en passende mengde smeltet metall til støpekaret 18 for dannelse av et bånd på kjølehjulet. Støpeoverflaten 2 0 kan også være konvensjonell og kan ha form av et kontinuerlig belte eller et støpehjul. Fortrinnsvis anvendes et støpehjul. Sammenset-ningen av støpeoverflaten synes ikke å være kritisk for foreliggende oppfinnelse, selv om visse overflater kan gi bedre resultater enn andre. Foreliggende fremgangsmåte og apparat har vært anvendt med støpeoverflater av kobber, karbonstål og rustfritt stål. Det er viktig at støpeflaten er bevegelig forbi støpekaret med kontrollerte hastigheter og i stand til å tilveiebringe de ønskede kjølehastigheter for å ekstrahere tilstrekkelig varme for å størkne det smeltede metall i form. av et bånd. Støpeoverflaten 20 beveges forbi støpekaret 18 med en hastighet som kan ligge i området 6150 m/minfortrinnsvis 15-92 m/min., som er egnet for kommersiell fremstilling av krystallinsk materiale. Støpeoverflaten 20 bør være tilstrekkelig kald for å tilveiebringe en bråkjøling av det smeltede metall for å ekstrahere varme fra dette for størkning av et bånd i krystallinsk form. Kjølehastigheten som tilveiebringes av støpeoverflaten 20 for apparatet 10 er mindre enn 10000°C/s. og er fortrinnsvis typisk mindre enn 2000°C/s.

To viktige trekk ved støpeflaten er at den har en bevegel-sesretning som generelt er oppad forbi støpeenden av karet 18 og en fri overflatesmeltet metalldamm i utløpsenden 26. Den frie overflate.av den smeltede metalldamm i utløpsenden

26 er nødvendig for utvikling av en god toppoverflatekvali-tet av det støpte bånd. Med "fri" menes at toppoverflaten ikke er innesluttet av strukturen, dvs. ikke er i kontakt med karstrukturen og er fri til å finne sitt eget nivå mellom mottagerseksjonen 28 og utløpsenden 26. Generelt er banen orientert i en vinkel 0 i området 0-100° fra horisontalen og metallstrømmens retning målt mellom retningen for metallstrømmen og den frie overflate av smeltet metall i utløpsenden og i bevegelsesretningen av støpeoverflaten ved den frie overflate i utløpsenden av støpekaret 18. For et støpekar er banen for støpeoverflaten tangent til den frie overflate ved utløpsenden av karet 18. Fortrinnsvis er vinkelen mellom 0 og 45° fra horisontalen. For et støpehjul er karet fortrinnsvis tilstøtende en posisjon i en øvre kvadrant av hjulet når den frie overflate av smeltet metall er nær toppen av støpehjulet, er vinkelen ved ca. 0° posisj onen.

Støpehjulet 20 er vesentlig for foreliggende fremgangsmåte og apparatet 10 ifølge oppfinnelsen og kan bedre sees i figur 2 som er et sideriss av karet 18. Støpekaret 18 er anordnet tilstøtende støpeoverflaten 20, fortrinnsvis hovedsakelig horisontalt og består av et varmeisolerende og ildfast materiale som beskrevet i det etterfølgende. Dette arrangement er nødvendig for å tilveiebringe den ønskede jevne og fullt utviklet strøm av smeltet metall til støpe-overf laten 20. Karet 18 innbefatter en mottagerende 22 ved en bakre seksjon og en utløpsende 26. Fortrinnsvis har den mottagende ende 22 og utløpsenden 26 i det vesentlige det samme tverrsnittareale eller utløpsenden 26 har et større tverrsnittareale målt perpendikulært på metallets strøm-ningsretning fra mottagerenden til utløpsenden 26.

Mottagerenden 22 er vist dypere enn utløpsenden 26, hvilket letter mottagning av smeltet metall 19 tilført fra tilfør-selskanalen 17 og for å utvikle en strøm av smeltet metall til utløpsenden 26.

Utløpsenden 26 av karet 18 har en generelt U-formet struktur definert av bunnveggdelen 28 og sideveggene 30, slik som vist i figur 3. Sideveggene 30 kan ha vertikale indre veggoverflater 31, men fortrinnsvis divergerer overflatene 31 av sideveggene 30 utover for å fremme metallstrømmen. Denne lille avskråning har en tendens til å forbedre metallstrømmen fra utløpet 26, men en for stor avskråning kan forårsake tap av overflatespenningskontroll og flømming av smeltet metall. En avskråning på mindre enn 10° pr. side og fortrinnsvis 1-5° er foretrukket.

Utløpsenden 2 6 innbefatter bunnveggen 28 som har en generelt plan innsidedel med en lengde tilstrekkelig til å tilveiebringe en i det vesentlige jevn strøm av smeltet metall fra utløpet. Fortrinnsvis er lengden av den plane veggdel, målt i metallets strømningsretning minst lik dybden av den smeltede metalldamm som skal holdes i utløps-enden 26. Mere foretrukket er forholdet mellom lengde til dybde minst 1:1 eller større. Utløpsenden 26 har fortrinnsvis faste eller jevne dimensjoner med hensyn til bredde og høyde gjennom hele lengden av den plane innsideoverflate av bunnveggen 28 for å definere et jevnt tverrsnittareale i utløpsenden 26. Bredden av utløpsenden 26 målt mellom inn-sideoverf låtene 31 av sideveggene 3 0 langs den frie overflate av den smeltede metalldamm er ca. så bred som båndet som skal støpes. Fortrinnsvis er utløpsenden 26 plassert tilstøtende støpeoverflaten med endene eller kantene av sideveggene 30 og bunnveggen 28, som definerer den U-formede struktur, hovedsakelig anordnet parallelt med støpe-overf laten. For å fremme overgangsstrøm mellom mottagerseksjonen 22 og utløpet 26 bør det være anordnet en mellomliggende seksjon 24 som kommuniserer med mottagerenden 22 og utløpsenden 2 6 i den hensikt å ha en i det vesentlige jevn strøm ved utløpsenden 26. Fortrinnsvis vil den mellomliggende seksjon 24 bibeholde et i det vesentlige jevnt tverrsnittareale gjennom sin lengde fra mottagerseksjonen 22 til utløpsenden 26. Den mellomliggende seksjonen 24 vist i figur 3 har en gradvis økende bredde fra mottagerenden 22 til utløpsenden 26 og som vist i figur 2 en gradvis avtag-ende dybde slik at det bibeholdes et i det vesentlige jevnt tverrsnittsareale gjennom hele dens lengde. Den mellomliggende seksjon 24 kan være forsynt med en avskrånende bunnvegg 32 som gradvis nedsetter dybden av karet 18 fra mottagerenden 22 til utløpsenden 26. Tilsvarende kan den mellomliggende seksjon 24 ha minst en sidevegg 34 som bøyer seg utover for å tilveiebringe en gradvis forøkende bredde fra den smalere mottagende ende til den bredere utløpsende 26. Figur 3 er et grunnriss av støpekaret 18 og viser den tiltagende utvidning av sideveggen 34 i den mellomliggende seksjon 24.

Figur 2 viser også demninger eller demningsplater 36 som kan anvendes i støpekaret 18 eksempelvis i den mellomliggende del 24 eller nær hvor seksjonen 24 går over i utløpsenden 26 for ytterligere å fremme utvikling av en jevn strøm. Demningsplatene 36 bør være laget av et ildfast eller varmeresistent materiale som også er resistent mot korrosjon av smeltet metall. Kaowool® ildfast plate, behandlet med en fortynnet kolloidal silisiumoksydsuspensjon har vist seg tilfredsstillende. Demningene 36 kan utstrekke seg over hele bredden eller en del av støpekaret 18's bredde. Som vist i figur 2 er nivået for det smeltede metall i mottagerenden 22 av støpekaret 18 fortrinnsvis ved det samme nivå som det smeltede metall ved utløpsenden 26. Demningene 3 6 er nyttige for å hemme eller dempe strømmen for å hjelpe utvikling av en jevn, fullt utviklet strøm og for å holde tilbake bevegelse av overflateoksyder og slagg. Figurene 2a og 2b viser anvendelse av overflatespenningen for det smeltede metall til å danne overflatene av båndet som støpes. Figur 2a viser detaljert et sideriss delvis i snitt av ut-løpsenden 26 tilstøtende støpeoverflaten 20. Smeltet metall strømmer ut fra utløpsenden 26 og danner og bibeholder en menicus 35 mellom den indre overflate av bunnveggen 28 av den U-formede struktur og støpeflaten. Overflatespenningen som danner menicusen 3 5 danner bunnen av båndet 15 som stø-pes. Overflatespenningen for den frie overflate av den smeltede metalldamm i utløpsenden 26 danner en kromlinjet del 39 på toppen av det smeltede metall i den U-formede struktur når denne danner båndproduktet.

Figur 2b viser utløpsenden 2 6 tilstøtende støpeoverflaten 20 og viser størkning av metallet 19 derimellom, sett fra undersiden av utløpsenden 26. Overflatespenningen for det smeltede metall 19 danner konvekse overflater eller menis-cuser 37 mellom utløpsenden 26 og støpeoverflaten 20 ved en indre overflate 31 av sideveggene 30 nær bunnen 28.

En foretrukket utførelsesform av støpekaret 18 er vist i

henholdsvis sideriss og grunnriss i figurene 4 og 5. Karet 18 er vist med et ytre metallbæreskall 38, en ildfast isolasjon 40 og en foring 42 som definerer den indre overflate av støpekaret 18 og som er i kontakt med smeltet metall under støping. Konstruksjonen av karet 18 bør gjøres av et ildfast materiale som er varmeisolerende og resistent mot korrosjon fra det smeltede metall. Støpekaret kan være festet- til et egnet bord eller midler for å orientere og posisjonere karet i den ønskede støpeposisjon på støpeover-fiatene eller hjulet 20. Utløpsenden 26 av støpekaret 18 bør ha en frontflate eller kanter 33 på sideveggene 30 og bunnveggen 28 som definerer og danner den U-formede struktur er formet etter støpeoverflaten. Dette kan enklest oppnås ved å anvende 60 eller 100 silikonkarbidslipepapirer mellom støpeoverflaten og karkombinasjonen og gni papiret mot karet 18 for å gjøre dets kanter parallelle med hjulet. Frontoverflaten 3 3 av støpekaret 18 kan deretter børstebe-legges med zirkoniumoksydsement etterfulgt av tørking før støping.

Figurene 4 og 5 viser en foretrukket utførelsesform av støpekaret 18 i henhold til oppfinnelsen og som er nyttig ved støping av bånd med bredde på ca. 10 cm og kan anvendes også for bredder på ca. 35 cm og er også nyttig opptil bredder på opptil 120 cm. Det bærende metallskall 38 kan anvendes avhengig av typen av materiale som anvendes for det isolerende lag 40. Isolasjonslaget 4 0 kan være en opp-skummet keramisk sementisolasjon, som vil nødvendiggjøre en ytre støtte såsom metallbæreskallet 38. Alternativt hvis det anvendes en standard ildfast sten eller blokk som er sementert sammen til den ønskede form og deretter tilpasset for å oppnå de ønskede indre og ytre dimensjoner, er skal-let 38 ikke nødvendig. Karet 18 kan også være monolittisk og fremstilt fra et støpbart keramisk materiale. Foringen 4 2 på den indre overflate av støpekaret 18 er også fremstilt av et isolerende, ildfast materiale, resistent mot smeltet metall. Det er funnet at et belegg av en høy aluminiumoksyd-fiber-silikatblanding er nyttig slik som Fiberfrax® materiale som er mettet i en fortynnet, kolloidal silisiumoksydsuspensjon og formet inne i støpekaret 18 og deretter tørket før anvendelse. Figur 4 og 5 viser også et bakre overstrømningselement 44 innbefattende en bakoverhellende overflate 4 5 som utstrekker seg fra den indre overflate av støpekaret 18 til de ytre vegger av støpekaret 18. Høyden av overstrømselementet 44 bestemmer den maksimale dybde av smeltet metall som kan inneholdes i mottagerenden 22 og følgelig dybden av smeltet metall i utløpsenden 26 av karet 18. Overstrømningselementet 44 muliggjør kontroll av nivå av smeltet metall i støpekaret 18, hvilket er nødvendig for tykkelse og kvalitetskontroll av det støpte bånd.

Også vist i figur 4 er et støpekar 18 som eventuelt innbefatter en dekselanordning 4 6 i nærheten av den mellomliggende seksjon 24 i støpekaret 18. Dekselet 46 innbefatter nedadgående vegger 48 og 50 forenet med en bunnflate 52. De nedadgående vegger 48 og 50 er tilsvarende demningsplatene vist i figur 2. Dekselet 46 er generelt sammensatt av et ildfast, isolerende materiale, resistent mot smeltet metall. Dekselet 46 kan omfatte en foring 42, et ildfast, isolerende lag 40 og et ytre metallskall 38 med en lignende konstruksjon som karet 18. Dekselet 4 6 kan utstrekke seg over hele bredden eller en del av bredden av støpekaret 18 i nærheten av den mellomliggende seksjon 24. Det er viktig at tilstedeværelsen av dekselet 46, som er nyttig for å holde på varmen i det smeltede metall i støpekaret 18, ikke kommer i kontakt med smeltet metall i mottagerenden 22 og utløpsenden 26 for å bibeholde den frie overflate i dammen i utløpsenden 26. Dekselet kan også utstrekke seg over delene eller hele den bakre ende av den mottagende seksjon 22 for å inneholde en beskyttende atmosfære.

Figur 6 viser en ytterligere utførelsesform hvor utløpsen-den 26 av karet 18 er forsynt med en anordning for å tilveiebringe en ikke-oksyderende atmosfære i sonen som er definert over det smeltede metall over bredden av den U-formede struktur av utløpsenden tilstøtende støpeoverflaten 20 samt middel for strålekjøling av smeltet metall i denne sone. Disse to trekk kan være tilstede separat eller i kombinasjon. Midler for å tilveiebringe en ikke-oksyderende atmosfære gir et beskyttende deksel eller teppe av inerte

eller reduserende gasser i sonen over det smeltede metall i den U-formede struktur ved utløpsenden 26. Gassene nedsetter eller forhindrer oppbygging eller dannelse av slagg og oksyder på toppoverflaten av det smeltede metall, idet et slikt oksyd kunne støpes inn i det støpte bånd. Den ikke-oksyderende atmosfære kan være statisk eller en resirkuler-ende atmosfære. Fortrinnsvis er et slikt ikke-kontaktdeksel over sonen over den smeltede metalldamm og utløpsenden 2 6 i karet 18 forsynt med minst et gassmunnstykke eller en serie munnstykker 56 for å tilveiebringe en kontinuerlig strøm av inert eller reduserende gass motstrøms til støperetningen

for båndet. Fortrinnsvis innføres gassen slik at den i sonen støter an mot toppen av den smeltede metallvæskedamm hvor båndet utgår. Utførelsesformen kan tilveiebringe et

beskyttende deksel for avsegling av sonen over den smeltede metalldamm inneholdende et teppe av inert eller reduserende gasser som er rettet til gass-strømmer som skyver et eventuelt oksyd bort fra det stedet hvor båndet dannes. Serien av smale gassmunnstykker 56 er anordnet langs bredden av støpebåndet slik at strømmene eller gass-strålene støter an mot sonen hvor båndet avgår fra den flytende damm. Munn-stykkene 56 er motsatt rettet båndets støperetning i en

vinkel i et plan av det formede bånd på fortrinnsvis 20-30°. Gassteppet kan være en gass valgt fra gruppen bestående av hydrogen, argon, helium og nitrogen i den hensikt å minimalisere oksyder som kan dannes under støpingen. Hastigheten av gassene fra munnstykket 56 bør være ganske liten fordi høyere hastigheter vil forårsake forstyrrelser på den øvre overflate av den smeltede metalldamm og resul-tere i ødeleggelse av det støpte bånd.

Midler for strålekjøling av det smeltede metall i sonen kan innbefatte tilveiebringelse av et kjølemiddel i nærheten av sonen for å lette avtrekking av varme fra toppoverflaten av det smeltede metall. Kjølemiddelet kan tilveiebringes av et panel av et rør 54 lokalisert over det smeltede metall for å fjerne strålevarme fra dette. Vann eller annet fluidum kan anvendes som kjølemiddel. Fortrinnsvis er det tilveiebragt et deksel som innbefatter en serie vannavkjølte rør 54 forseglet til toppen av støpekaret 18 med et ildfast materiale og sement. Strålekjøling av toppoverflaten av smeltet metall når det strømmer fra den U-formede struktur av utløpsenden 26 på støpeoverflaten forbedrer varme-avtrekningen fra toppoverflaten av det størknende smeltede metall for å forbedre overflatekvaliteten av det støpte bånd og struktur ved å kontrollere veksten av dendrittstrukturen i båndet.

Fortrinnsvis anvendes midler for å tilveiebringe en ikke-oksyderende atmosfære og midler for å tilveiebringe stråle-kjøling i kombinasjon. Et berøringsfritt deksel for forseg-ling av sonen over det smeltede metall ved utløpsenden 26 innbefatter en kjøleanordning for å fjerne strålevarme fra smeltet metall og midler for en ikke oksyderende atmosfære. Fortrinnsvis innbefatter dekselet en serie vannkjølte rør 54 og en serie gassmunnstykker 56. De inerte gasser i denne utførelsesform avkjøles av rørene 54 hvilket ytterligere letter fjernelse av strålevarme. Dekselet inneholdende kjølerørene 54 forsegler sonen for å nedsette eller redu-sere dannelse av oksyd eller slagg, som ellers kunne av-

settes på båndproduktet.

Ved drift av støpeapparatet ifølge foreliggende oppfinnelse forvarmes karet 12, fyllekaret 14 og støpekaret 18 til driftstemperaturen før innføring av smeltet metall i støpe-karet 18 for fremstilling av båndmateriale. Hvilke som helst konvensjonelle oppvarmingsmiddel er egnet og kan anvendes. En luft-acetylen eller luft-naturgass varmelanse plassert i mottagerenden 22, samt anordne en forvarmefront-deksel for forkantene av støpekarets U-formede struktur, hvilket plasseres tilstøtende støpeoverflaten 20.

Normale forvarmetemperaturer for støping av smeltet rustfritt stål kan være av størrelsesorden 1040-1100°C. Etter at de nedre, ønskede forvarmenivåer er nådd fjernes lansene og karet 18 plasseres tilstøtende støpeoverflaten i en forhåndsbestemt avstand i området 0,13-0,5 mm.

Ved påbegynnelse av fremgangsmåten for direkte støping av en smeltet metall-legering til et kontinuerlig bånd blir smeltet metall 19 tilført fra en overføringsbeholder eller kar 12 for innmatning i fylletrakten 14 og deretter til støpekaret 18 som i det vesentlige er orientert horisontalt. Strømmen av smeltet metall fra fylletrakten 14 til støpekaret 18 kan kontrolleres og styres av ventilanord-ninger, såsom en stoppéstav 16 og tilførselsrøret 17 til den bakre innmatningsseksjon eller mottagende ende 22 av støpekaret 18. Når karet 18 begynner å fylles, med smeltet metall vil dette strømme i retning mot utløpsenden av karet 18 og strømme gjennom en mellomliggende seksjon 24 og ut-løpsenden 26, slik som vist i figur 2. Støpekaret 18 tillater det smeltede metall å strømme slik at smeltet metall mates til utløpsenden 26 av karet 18. Støpekaret 18 kan innbefatte demninger 36 slik som vist i figur 2 for å dempe eller hemme flømmen av smeltet metall 19 i den hensikt å fremme en jevn, full utviklet strøm i utløpet 26.

Det smeltede metall holdes fortrinnsvis i et i det vesentlige jevnt strømningstverrsnittareale fra mottagerenden til utløpsenden 26. Generelt er utløpsenden 26 bredere enn mottagerenden 22 og den U-formede struktur har en bredde som er tilnærmet bredden av båndet som skal støpes. Støpekaret 18 har et støpevolum som er avskrånende og brer seg utover i en mellomliggende seksjon. Støpekaret 18 er konstruert for å forhindre tversgående strømmer av smeltet metall inne i karet når det utvikler en jevn turbulent strømning fra utløpsenden 26 over bredden av den U-formede struktur i enden 26, slik at i den fullt utviklede strøm har hovedan-deler hastigheter i strømningsretningen fra mottagerenden 22 til utløpsenden 26. Nivået av smeltet metall i utløpsen-den 26 er ca. det samme som nivået i mottagerenden 22, selv om dybden av smeltet metall vil være mindre i utløpsenden 26. Det smeltede metall fortsetter å strømme fra utløpsen-den 26 og mot støpeoverflaten 20 slik at det over bredden av den U-formede struktur og utløpsenden er tilstede en i det. vesentlige jevn strøm av smeltet metall føres mot støpeoverflaten 20. Det smeltede metall i utløpsenden 26 har en toppoverflatespenning og det smeltede metall som forlater åpningen har kantoverflatespenninger som delvis danner henholdsvis topp og kanter for det støpte bånd 15. Bunnoverflaten, dannes av overflatespenningen i form av en meniscua mellom bunninnsideoverflaten av den U-formede struktur og støpeoverflaten.

Det antas at størkningen av smeltet metall som forlater ut-løpsenden av karet 18 begynner med at det smeltede metall kommer i kontakt med støpeoverflaten når det forlater bunnen av den U-formede utløpsåpning 2 6 i karet 18. Båndet størkner fra dammen av smeltet metall som er tilgjengelig til støpeoverflaten ved utløpsenden av karet 18 og danner en tykkelse hvori det størknende bånd kontinuerlig er tilstede med et overskudd av smeltet metall inntil det forlater utløpsenden 26 i karet 18. En slik damm av smeltet metall er antatt å danne en vesentlig del av båndtykkelsen når den kommer i kontakt méd den bevegelige støpeoverflate 20 og kun en mindre andel av båndtykkelsen er resultatet av smeltet metall som størkner mens det blir trukket ut av karet 18 tilstøtende toppen av den krumme overflatespen-ningsdelen 39. Det er antatt at mere enn 70% og muligens mere enn 80% av båndtykkelsen er resultat at dammen av størknet metall som tilføres tilstøtende meniscusen 35. Det smeltede metall størkner fra bunnen av den smeltede metalldamm tilført til støpeoverflaten fra bunnen av den U-formede struktur av utløpsenden 26 av karet 18. Støpeoverfla-ten 20 beveger seg forbi støpekaret 18 i en generelt oppad gående retning fra bunnen av den U-formede åpning av ut-løpsenden 26 mot den øvre ende av åpningen. Posisjonen av karet 18 i forhold til støpeoverflaten 20 og hastigheten for støpeoverflaten er forhåndsbestemte faktorer for å oppnå kvalitet og tykkelse av det støpte bånd. Hvis støpe-overflaten er et støpehjul blir karet 18 fortrinnsvis plassert på en øvre kvadrant av støpehjulet.

Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse er det viktig å kontrollere flere faktorer som gjør det mulig å støpe metallbånd i ønskede tykkelser i området 0,25-1,50 cm med god overflatekvalitet og med gode kanter og god struktur. Kontroll av smeltet metall som strømmer på støpeoverflaten, hastigheten av støpeoverflaten, størkning fra bunnen av den smeltede metalldam og den kontrollerte dybde av smeltet metall i dammen og avstanden til støpeoverflaten for å bibeholde en overflatespenning av smeltet metall er viktige, samvirkende faktorer. Oppfinnelsen kan belyses ved hjelp av de følgende eksempler.

Eksempel I

Et støpekar med en struktur som generelt vist i fig. 2, men kun forsynt med en demningsplate 3 6 nær utløpsenden 26 var fremstilt fra en herdet blokk av Kaowool® ildfast materiale, som. er et aluminiumoksyd-silisiumdioksyd sammensatt materiale. Det ble behandlet ved neddykking i en suspensjon av kolloidalt silisiumoksyd og tørket over natten ved 120°C og deretter brent i 1 time ved 1100°C i luft. Etter blokkene var skåret og formet ble de belagt med et tynt lag av Kaowool® sement. Karet ble formet til konturene av hjulet hvoretter strukturens ender ble belagt, med et tynt lag av zirkoniumoksydsement^ En demning av lignende sammensetning ble anvendt. Støpehjulet ble deretter oppvarmet med luft-acetylenlanser.. Støpekaret 18 var ca. 8,2 3 cm langt fra mottagerenden 22. til utløpsenden 2 6 og var ca. 16,5 cm bred ved. mottagerenden 22 og ca. 10,2 cm bred ved bunnveggen 28 ved. utløpsenden 26. Smeltet metall av "Type 304" legering ble tappet ved 1580°C og tilført karet 18 og holdt ved et nivå på. ca. 4, 4 cm dybde i mottagerenden 22 og dybden av det smeltede metall! var 1,9 cm i den U-formede struktur ved utløpsenden 26: av karet 18 - Støpeoverflaten var et kobber.-hjul med. en bredde på 17,8 cm og en diameter på ca. 90 cm forsynt med kjølemidler for å tilveiebringe en. kjøle— hastighet på mindre enn 2000°C/s. Støpehjulet ble rotert med en lineær hastighet i området 76-90 m/min. forbi, utløpsenden av karet 18 og i en avstand fra dette på ca- 1 mm i. en vinkel på ca. 40°. Den Uformede struktur av karet hadde en divergerende eller avskrånende inneroverflate. 31 for sideveggene 3 0 for utløpsenden 26 som munnet oppad. Avskråningen var størrelsesorden 3° pr. hver inneroverflate.

25 forsøk av ca. 45 kg ble støpt i henhold til oppfinnelsen og resulterte i en vellykket produksjon av strimmel med en

bredde på ca. 10 cm og en jevn tykkelse i området 0,4 0-0,4 6 mm med glatt og jevn øvre og under overflate i støpt form og flate kanter som ikke viste tegn på frynser eller krølling.

Eksempel II

Et støpekar med en struktur generelt som vist i figur 4 ble konstruert og bestod av Kaowool® ildfast materiale og et aluminiumoksyd oppblåst ildfast isolasjon 40 i et metallskall 30. Foringen 42 ble fremstilt av Fiberfrax® materiale med en tykkelse på 1,27 cm med en spesifikk vekt på 0,13 kg/dm<2>, som ble mettet med en fortynnet, kolloidal silisium-dioksydsuspensjon og deretter tørket før anvendelse. Karet 18's ytre dimensjoner var 38 cm lang, 46 cm bred og ved utløpsenden hadde karet 18 et noe tiltagende tverrsnittsareale til utløpsenden 26. Demningsplaten 36 var posisjonert på samme måte som i eksempel 1 og sementert mellom sideveggene av karet 18. Innsideoverflåtene 31 av sideveggene 30 var også avskrånende eller divergerende i størrelsesorden ca. 3° pr. overflate. Støpekaret ble innstilt til en avstand på ca. 0,9 mm ved en vinkel på ca. 0 ° for den frie overflate av det smeltede metall nær toppen av støpehjulet. Et 230 kg av smeltet metall av "Type 304" ble støpt i henhold til oppfinnelsen på en støpeoverflate av et lavkarbonstål, sømløst rør med en ytre diameter på 22,4 cm og med en veggtykkelse på 0,95 cm, 122 cm bred og som var avkjølt ved en indre besprøytning med vann. Støpehjulet ble rotert med en lineær hastighet på ca. 61 m/min. ved oppstarting av støping i 10-15 s for å lette utspyling av den initiale metallstrøm og deretter senket til en lineær hastighet på 29 m/min. under resten av forsøket. Det smeltede metall hadde en dybde på ca. 5,1 cm ved utløpsenden 26 og ca. 7,0 cm ved innløpsenden 22.

Karet 18 innbefattet også et deksel med midler for stråle-kjøling og midler for å tilveiebringe en heliumatmosfære, slik som vist i figur 6. Kjølingen ble tilveiebragt ved å sirkulere vann i en mengde på ca. 11 l/min. gjennom kobber-rør med en ytre diameter på 9,5 mm.

Det støpte bånd var ca. 3 3 cm bredt med en jevn tykkelse på ca. 1,14 mm og med god øvre overflatekvalitet og som var jevn, glatt og sprekkfri. Det støpte bånd ble deretter behandlet på konvensjonell måte ved beising i salpetersyre/ fluss-syre, kaldvalset til ca. 50% tykkelsesreduksjon og varmebehandlet ved 1065°C i 5 min., beiset på ny på samme måte og deretter kaldvalset til en tykkelse på 0,13 mm og varmebehandlet på ny. De mekaniske egenskaper ved romtemperatur for de varmebehandlede, "as-cast" prøver er vist i det etterfølgende og sammenlignet med typiske egenskaper for konvensjonelt fremstilte "Type 304" varmebehandlede, varmvalsede bånd.

"Type 304" legering som er konvensjonelt fremstilt kan ha typiske eller mekaniske egenskaper ved romtemperatur for et varmebehandlet, varmvalset bånd med en bruddstyrke på 7107 kp/cm<2>, en flytegrense på 3079 kp/cm<2> og 57% forlengelse i 5 cm.

Figur 7 er et fotomikrografi av det støpte bånd i henhold til oppfinnelsen og viser typisk indre struktur fra "Run 84-52". "Type 304" legeringen vist ved 100X forstørrelse viser den typiske "as-cast" struktur med små søyleformede celler orientert i båndet tykkelsesretning, dvs. fra topp til bunnoverflaten. Denne retning faller generelt sammen med varmeavtrekningsretningen fra båndet når dette størkner.

Fremgangsmåten og apparatet i henhold til oppfinnelsen kontrollerer veksten av dendrittstrukturen i båndet til å gi et støpt bånd som kan behandles konvensjonelt til å gi et endelig ferdigbehandlet bånd med egenskaper som er sam-menlignbare med eller bedre enn konvensjonelt fremstilte bånd.

Figur 8 viser en typisk struktur for et konvensjonelt fremstilt, varmevalset bånd av "Type 304" legering ved 100X forstørrelse.

Det kan sees at med foreliggende fremgangsmåte og apparat oppnås til og med bedre båndstruktur og kvalitet når tykkelsen av båndet øker og når båndets bredde øker. Tendensen til kantkrølling i strimmelprodukter støpt i 10-15 cm bredde synes ikke lenger å være tilstede for større bredder opptil 3 3 cm. Fremgangsmåten og apparat i henhold til oppfinnelsen tilveiebringer en enkel og direkte metode for støping av et krystallinsk metallbånd eller ark fra smeltet metall til et kontinuerlig bånd. Krympe- og oppsprekkings-problemer ved filmstørkning er eliminert og et relativt tykt bånd med kvalitet sammenlignbar eller bedre enn konvensjonelle produksjonsmetoder erholdes. Fremgangsmåten og apparatet er nyttig for forskjellige metaller og legeringer, innbefattende rustfritt stål og silisiumstål.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved direkte støping av smeltet metall til et kontinuerlig bånd av krystallinsk metall, karakterisert ved at smeltet metall (19) føres ut fra utløpsenden av et støpekar (18) med en utløps-ende omfattende en U-formet åpning (26) som omfatter med støpeoverflaten (20) i det vesentlige parallelle kanter og en plan bunnvegg (28), samt på innsiden anordnete divergerende sidevegger (31) som åpner seg oppad, at støpeover-flaten (20) beveges oppad forbi støpekarets (18) utløpsende og i en forutbestemt avstand fra denne, at det smeltede metall (19) avkjøles til et bånd (15), og at stråleavkjølingen av det smeltete metall lettes ytterligere ved hjelp av et kjøleorgan (54) plassert i en avstand fra det smeltete metalls (19) øvre overflate i en sone ovenfor denne for å fjerne varme fra det smeltede metalls overflate over den U—formete åpning (26) og nær støpeover-flaten (20) for å. påvirke kvaliteten og strukturen av det støpte bånds (15) overflate.

2. Anordning for direkte støping av smeltet, metall til et kontinuerlig bånd. av krystallinsk metall, karakterisert ved en bevegelig støpeaver-flate (20), på hvilken smeltet metall (19) størkner til et bånd (15) , et støpekar (18) med en utløpsende omfattende en U-formet åpning (26) for å tillate at det smeltete metall (19) flyter mot den bevegelige støpeoverflate (20) i en forhåndsbestemt avstand fra åpningen (26) , idet denne omfatter med støpeoverflaten (20) i det vesentlige parallelle kanter og en plan bunnvegg (28) , samt på innsiden anordnede divergerende sidevegger (31) som åpner seg oppad, og kjølemidler (54) for å fremme strålingsavkjøling av det smeltete metall (19), idet kjølemidlene (54) er anordnet i en avstand fra det smeltete metalls overflate i en sone ovenfor denne for å fjerne varme fra det smeltete metalls overflate over den U-formete åpnings (26) bredde og nær. stopeflaten (20) for å påvirke kvaliteten og strukturen av det støpte bånds (15) overflate.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at kjøleorganet omfatter minst ett rør (54) med et sirkulerende kjølemedium.

4. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at det omfatter midler (56) for tilveiebringelse av en ikke-oksyderende atmosfære i sonen.