NO781583L - Fremgangsmaate for tilfoersel av metallsmelte til strengestoepeform - Google Patents

Description

For strengstøpning av jern eller andre metaller er det utviklet støpemaskiner

med såkalt beltekokille, hvorved støpeformen dannes av en dobbeltrekke av kokillehalvdeler, som er sammenføyet i to endeløse anløpende kjeder. Ved innløpsenden legger innbvrdes motstående kokillehalvdeler seg mot hinannen og beveaer seg i denne stilling over en viss strekning hvor de løper inn-

byrdes oarallelt og danner den eqentlige beltekokille. Deretter skilles igjen kokillehalvdelene, for etter kort tid atter å møtes ved innløpsenden.

Blant maskiner for støpning av plater av aluminium eller aluminiumlegerinaer

har allerede for snart 20 å"r siden en maskin fremstilt av Hunter-Douglas Corporation vunnet utstrakt anerkjennelse. I denne Hunter-Douglas maskin

støpes horisontalt. Metallet tilføres gjennom en flatdyse av varmebestandig materiale. Dette varmebestandiae materialet kan f-eks;, utgi øres av en blanding av 30 % lange asbestfibre, 20 % natriumsilikat (tørrvekt) og 28 % kalk (for dannelse av kalsiumsilikat som er mer varmebestandig enn natriumsilikat). Natriumsilikat tilsettes til de øvrige bestanddeler som vannalass, hvorpå det dannes en deigaktig masse som brennes under svakt trykk. En fremaanasmåte for fremstilling av sitant varmebestandig materiale er beskrevet i US-PS 2 326 516.

I den senere tid er det for støpning av brede metallband utviklet i en ytterligere beltestøpemaskin, som anvendes i horisontal stilling eller i en svak skråstilling med horisontalplanet. En tilførselsdyse utviklet for denne sistnevnte belte-støremaskin er beskrevet i CH-PS 508 433.

For tilførsel av metallsmelte til støpeformens hulrom ved støpning av forholdsvis tynne plater (bånd) i horisontal eller svakt hellende stillina av beltekokillene må. innlønsdvser av kjent utførelse, som tilslutter tverrsnittet av støpeformens hulrom praktisk talt tett for metallsmelte, stå under et bestemt metallostatisk trykk fra tilførselsbeholderen. Dette er tilfelle f.eks. ved den tilførselsdyse som er omtalt i US-PS 2 752 649 samt de som er beskrevet i henholdsvis CH-PS 508 433 og US-PS 3 774 670.

Ved den hittil benyttede arbeidsgang ved støpning av bånd ved hjelp av flatdyser i lett hellende beltekokiller i forhold til horisontalplanet,

virker denne som ovnavhengig kokille, hvorunder i denne forbindelse også enhver smeltebeholder, f.eks. tilførselsbeholderen, er å betrakte som ovn (på engelsk: open-ended-mould dependent on the furnace or on another molten metal receptacle). Under stopningen holdes beltekokillen hele tiden full opp til dysemunningen, således at det ikke dannes noe støpehode med metalloverflate i kokillen.under drift.

På denne bakgrunn har oppfinnelsens fremgangsmåte for tilførsel av metallsmelte ved støpning av brede bånd av ikkeferromagnetiske metaller, fortrinnsvis av aluminium og aluminiumlegeringer, men også av kobber og kobberlege-ringer, sink og sinklegeringer, magnesium og magnesiumlegeringer, i en skråstilt strengstøpeform i 3-30° med horisontalplanet, idet smeiten tilføres en innløpsdyse av varmebestandig materiale, som særtrekk at metallsmelten, for å unngå for tidlig berøring med formveggene i strengstøpeformens omløpende kokillehalvdeler, tilføres et støpehode i støpeformens hulrom under metalloverflaten på sådan måte at smeiten praktisk talt uten trykk når frem til veggene i støpeformens hulrom. I motsetning til det som er tilfelle ved tidligere arbeidsprosesser, utvikles altså ved utøvelse av oppfinnelsens fremgangsmåte ved innløpsdysens utløp et støpehode med metalloverflate, på såmne måte som ved vertikal ..støpning i korte glidekokiller (på engelsk: D.C. Casting).. Den skråstilte beltekokille anvendes således i henhold til oppfinnelsen som ovnuavhengig kokille, hvori det dannes støpehode med metall-overf late innvendig i kokillen, som ved støpningens begynnelse er avstengt ved hjelp av en igangsetningsbunn eller igangsetningsstreng, som etter dannelse av støpehodet trekkes ut av kokillen etter en tid tilsvarende støpe-hastigheten. Med de tidligere kjente ovnsavhengige beltekokiller, som er horisontalt anordnet eller danner en spiss vinkel på f.eks. 1-30° med horisontalplanet, foreligger det en metalloverflate bare i tilførselsbeholderen, men ikke i selve kokillen.

Utstrakte forsøk utført av oppfinneren, har vist at det metallostatiske trykk i en svakt hellende beltestøpemaskin ved støpning, f.eks. av rent aluminium, ved den hittil benyttede arbeidsprosess med dannelse av metalloverflate bare i tilførselsbeholderen faktisk har en skadelig innvirkning på grunn av den forholdsvis brå avkjøling, skjønt dette ikke kan direkte utledes av de herskende temperaturforhold. Disse forsøk har også vist at den begynnende størkning ikke må skje for brått. Uten metallostatisk trykk ved smeltetil-førselen i henhold til oppfinnelsens fremgangsmåte vil anleggstrykket av den størknende smelte mot kokilieveggene ikke være så sterkt som ved til-førsel av metallsmelte under metallostatisk trykk, og følgelig vil det heller ikke finne sted så brå avkjøling ved størkningens begynnelse. En brått størknet metallskorpe oppviser mindre spenninger, som kan føre til deformasjon og resulterende lokale forskyvninger av smelteskorpen fra kokille-veggene. På de forskjøvede steder oppstår lett hulrom eller sterk porøsitet i det støpte metallband.

Størkningens bråhet kan faktisk avleses metallografisk av støpestrukturens finhet (fineness of the ællular structure).

I beltestøpemaskiner med kokillehalvdeler, hvis formvegg ved støpning av en 680-700°C varm aluminiumsmelte med 99,2 % renhet oppviser; en temperatur på f.eks. 105-115°C, oppstår ved støpning med sluttet innløpsdyse, slik det f.eks. er beskrevet i CH-PS 508 433, ned til omtrent 0,3 mm under støpehuden en støpestruktur med en cellestørrelse på 5-30 .pum. Ved anvendelse av sluttet dyse virker smeltens metallostatiske trykk fra tilførselsbeholderen mot formveggene, hvilket har til følge en brå avkjøling i støpeformens hulrom, og de ovenfor omtalte ulemper. Hvis imidlertid aluminiumsmelten tillates å flyte inn i støpeformens hulrom uten metallostatisk trykk fra tilførsels-beholderen, oppstår i stedet som følge av den mildere størkning ned til onkring 0,3 mm under støpehuden, en støpestruktur med cellestørrelse på 30-

70 yum, og de ovenfor angitte ulemper uteblir.

Tidligere var det ikke kjent, og således heller ikke ventet, at det metallostatiske trykk f.eks. i en beltestøpemaskin med helning på 1-15° med horisontalplanet skulle ha en så utpreget innflytelse på den innledende størkning av smeiten.

Lignende forhold foreligger ved aluminium av annen renhetsgrad og ved aluminiumlegeringer, såvel som ved andre ikkeferrcmagnetiske metaller som magnesium, sink, kobber og legeringer av disse metaller.

Det ble forsøkt å dempe nedkjølingstakten i beltestøpemaskiner ved påføring

av et foringsssjikt på kokillehalvdelenes formvegg, f.eks. ved anvendelse av materiale med mindre varme ledningsevne enn stål (f.eks. kromnikkelstål og støpegods), eller ved å forhøye kokillehalvdelenes temperatur. Disse forsøk førte også til midlere størkningsforløp, men på den annen side også

til overflatefeil. Disse overflatefeil utgjordes, ^hovedsakelig av utsvettinger.

For enkelthets skyld vil denne smeltetilførsel uten metallostatiskctrykk i

det følgende bli betegnet som "praktisk talt trykkløs tilførsel". Ved de ovenfor angitte forsøk fremkom det ikke bare at størkningsspenningene i metallbåndet, som fremfor alt førte til sprekker, i høy grad ble nedsatt, men også at båndoverflåtene utover dette overraskende i mer eller mindre utpreget grad oppviste sterkt nedsatt overflatesvetting. Sådanne overflatesvettinger bevirker striper på det blikkmateriale som utvalses av de støpte bånd.

På grunnlag av de oppnådde resultater ved de ovenfor nevnte forsøk ble det oppstilt som formål for foreliggende oppfinnelse ikke bare å oppnå praktisk talt trykkløs tilførsel av metallsmelte til støpeformhulrommet i en egnet beltekokille, men også å unngå en for tidlig berøring av kokillehalvdelenes form<y>egger med metallsmelten.En sådan for tidlig smelteberøring med kokille-'.;': ■ halvdelenes formvegger ville finné sted hvis smeiten ble ført inn-.som en,"

bekk i'det dannede støpehodet i ■ f orMiulroimiet.

Det viste seg for det første at beltekokillens helningsvinkel ikke måtte

være for liten, da i så fall den frie overflate av det dannede støpehodet ville få for lang utstrekning og en sterkt overveiende del av størkningsvarmen ville bli tilført den nedre kokillehalvdel. Sumpenden, hvilket vil si enden av den flytende metallsump i støpehodet, ville da forskyves bort fra midten av båndet i retning oppover i lengdetverrsnittet, således at det vil oppstå asymetrisk størkning over båndets tykkelse, og samling av bobler i nærheten av den øvre båndoverflate. En sterkt asymetrisk størkning kan dessuten føre til vanske-ligheter ved den videre bearbeiding av båndmaterialet. Av denne grunn bør beltekokillens helningsvinkel ikke underskride 3° ved den praktisk talt trykkløse metalltilførsel i henhold til oppfinnelsen. Fortrinnsvis utføres stopningen ved betydelig større skråstilling, f.eks- fra 10-15°. Gode resultater oppnås ved oppfinnelsens fremgangsmåte, enda opp til en helning

på 30°.

Ved de utførte forsøk viste det seg videre at det ved enkelt tilløp av metallsmelten i støpeformens hulrom, liksom en bekk munner ut i en innsjø,

som følge av virvelbevegelser, ville dannes et tykkere aluminiumoksydsjikt på støpehodets overflate enn ved stillestående metalloverflate. Dette tykkere oksydsjikt trenger også innover i støpehodet. Det trekkes ned av kokillehalvdelenes formvegger og påvirker såvel overflaten som det indre av støpebåndet. En sådan dannelse av tykkere oksydsjikt kunne imidlertid for-hindres ved at dentilførte strøm av metallsmelte, ble innført i støpehodet under metalloverflaten.

Ved utførelse av oppfinnelsens fremgangsmåte må det derfor sørges for at metalloverflaten under støpeprosessen i størst mulig grad befinner seg i sairme høyde, hvilket kan oppnås ved anvendelse av konstant støpehastighet.

En sådan tilnærmet uforanderlig støpehastighet kan frembringes ved at

smeiten tilføres støpeformens hulrom ved et forut fastlagt strømningstverr-snitt, og danner et støpehode i hulranmet. Støpehastigheten reguleres på grunnlag- av avføling av støpehodets høyde.

Tilførsel av metallsmelte under støpehodets metalloverflate i en skråstilt beltekokille i forhold til horisontalplanet, kan oppnås på to måter.

Smeiten kan således enten tilføres direkte under metalloverflaten eller til-føres gjennom metalloverflaten ved hjelp av innløpsdysel (underpouring).

I begge tilfeller finner smelteinnløpeti.hensiktsmessig sted over hele båndbredden.

De to ovenfor angitte tilførselsmåter er nærmere anskueliggjort på de ved-føyde tegninger ved hjelp av utførelseseksempler av tilførselsinnretninger. Tegningene viser også et utførelseseksempel av en innretning for avføling

av metalloverflatens høydenivå. Alle figurer er rent skjematisk opptegnet uten hensyn til korrekt målestokk.

Fig-.- 1 viser i lengdesnitt en innretning for tilførsel av en aluminiumsmelte direkte under metalloverflaten. Fig. 2 viser i lengdesnitt en innretning for tilførsel av metallsmelten i gjennom selve metalloverflaten. Fig. 3 viser i lengdesnitt en anordning for tilførsel av metallsmelten gjennom metalloverflaten, sammen med en innretning for avføling av metalloverflatens høydenivå. Fig. 4 viser en skjematisk opptegning av en innretning for angivelse av metalloverflatens nivå med anvisningsutstyr, anvendt i forbindelse med den dysespiss som er angitt i fig. 2. Fig. 5 viser en skjematisk opptegning av en innretning for angjeldelse av metalloverflatens nivå, idet det tilhørende anvisningsutstyr ikke er opptegnet, men innretningen er beregnet på å anvendes i forbindelse med den viste dysespiss i fig. 1.

I fig. 1 er den nedre ende av en flatdyse (en flat innløpsdyse) av varmebestandig asbestfiber-silikatmateriale betegnet med 10. Denne dyse er tilsluttet en ikke vist smeltetilførselsbeholder, og oppviser flere tilførsels-kanaler 11 (f.eks. utboringer), som er fordelt over praktisk talt hele bredden av flatdysen 10. Denne bredde tilsvarer selv praktisk talt bredden av det bånd som skal støpes. Monteringen av dysen kan f.eks. være slik som beskrevet i CH-PS 508 433 eller US-PS 3 774 670. Ved store dysebredder er det hensiktsmessig at dysen utgjøres av enkeltelementer som er sammensatt til en enhet, og da i praksis har samme bredde som det bånd som skal frem-stilles.

Ved støpning av bånd med f.eks. 1500 mm bredde festes fortrinnsvis 3 dyser, som hver har en bredde på 500 mm, ved siden av hverandre i en holdeinnretning. I stedet for disse tre dyser med en bredde på 500 mm kan det ved støpning av 1500 mm brede bånd også anvendes 6 dyser, som hver har en bredde på 250 mm. Ved støpning av 1000 mm brede bånd kan det tenkes anvendt 5 dyser, som hver er 200 mm brede, eller eventuelt 4 dyser med bredde på 250 mm eller 2 dyser med bredde på 500 mm.

Ved 12 er det angitt avstandsholdere i form av glideinnlegg av grafitt,

nisse avst^nd^hoT de^e h^ndr-er st dvsen 10 berører kokillehalvdelene 13, som for <=nkf= rthets skvld bars er ant^dei- på tegninnen. I drift kommer aluminiums-smelten gjennom tilførselskanaler 11 først frem til en tverrboring 14, som tjener til utligningsrom og strekker seg nesten over hele dysens bredde. Derfra trenger smeiten frem til en bred sliss 15 (som kan erstattes av innbyrdes parallelle utboringer i støperetningen) ,' som strekker seg frem til et

utløp 16 i støpehodet 17 under metalloverflaten 18. For at smeiten skal trenge inn i støpehodet i nærheten av metalloverflaten, hvilket vil si i den øvre del av støpehodet, er dysen 10 utstyrt med en forhøyning 19. Takket være denne forhøyning oppnås at metallsmelten fordeler seg bedre i støpehodet og ikke forstyrrer dannelsen av den nedre størkningsskorpe 20. I drift bør metalloverflaten 18 alltid ligge høyere enn leppen 21 på forhøyningen 19.

Det aluminiumoksydsjikt som dannes på metalloverflaten 18, forstyrres ikke

av den tilstrøirmende metallsmelte. Dette oksydsjikt trekkes med av form-

veggen på den øvre kokillehalvdel 13 og påvirker i praksis neppe den øvre bånd-overf late. Den nedre båndoverflate trekker ikke med seg noe oksydsjikt, men et sådant sjikt dannes også her av metallsmelte under påvirkning av det luftoksygen som ikke helt kan fjernes fra overflaten av forhøyningen 19,

og formveggen på den nedre kokillehalvdel, delvis på grunn av det smøremiddelsjikt som eventuelt dekker formveggenr

Når tilførselskanalene 11 utgjøres av utboringer, har disse utboringer f.eks-

en diameter på 8 mm ved en dyse for støpning av 25 mm tykke bånd. Diameteren av tverrboringen 14 løper seg da til f.eks. 14 mm, mens høyden av slissen 15

er 4 nm.

Ca. 25 mm tykke og 100 mm brede bånd av aluminium, som var støpt ved hjelp

av den viste innretning i fig. 1, oppviste en utmerket overflatekvalitet, selv om den nedre båndoverflate, som følge av meget svake utsvetninger, ikke helt hadde samme høye kvalitet som den øvre båndoverflate.

Mens den viste dyse i fig. 1 gjør det mulig å tilføre metallsmelte til

støpehodet direkte under metalloverflaten, er det ved hjelp av dysen i fig. 2 mulig å tilføre støpehodet metallsmelte gjennom metalloverflaten.

I fig. 2 er den nedre ende av en flatdyse av varmebestandig asbestfiber-silikat-materiale betegnet med 22. Denne flatdyse er tilsluttet en ikke vist smeltetilførselsbeholder, og utgjøres av flere tilførselskanaler 23

(f.eks. boringer), som i praksis er fordelt over hele bredden av flatdysen 22. Også i dette tilfelle er det ved store dysebredder hensiktsmessig å sette

sammen dysen av enkeltelementer, hvilket vil si av enkeltdyser med mindre bredde, som er sammenføyet innbyrdes parallelt til en enhet. Avstandsholdere i form av glideinnlegg av grafitt er betegnet med 24. I drift kommer metallsmelten gjennom tilførselskanalene 23 først frem til en tverrboring som

strekker seg over nesten hele bredden av dysen 22, og tjener som utligningsrom. Smeltestrømmen når deretter frem til støpehodet 25, under metalloverflaten 26 gjennom en bred sliss 27 i dysemunnstykket 28. Det dannes en menisk 29 rundt hele metalloverflaten 26, samt en ytterligere menisk 30 rundt dysemunnstykket 28. Slissen 27 kan være erstattet med en rekke parallellførté boringer ved siden av hinannen, slik som slissen 15 i an-ordningen i henhold til fig.- 1.-

i

Det har overraskende vist seg at nærvær av menisken 29 på formflaten av den nedre, bare antydede kokillehalvdel 31 har en meget gunstig innflytelse på kvaliteten av den nedre overflate av det støpte aluminiumbånd. Det skal her ikke gjøres forsøk på å gi en videnskapelig forklaring av denne virkning, men det synes åpenbart at det foreligger en årsakssammenheng mellom menisken på formveggen av den nedre kokillehalvdel 31, og overflatekvaliteten av den nedre båndflate. I den anordning som er vist i fig. 1, er det mulig at overgangen fra den ytre leppe av forhøyningen 19 til forveggen av den nedre kokillehalvdel har en forstyrrende innvirkning:-

I fig. 3, 4 og 5 er det anordnet hvorledes det i forenden av sidekantene 33 av en dyse 10, 22 av varmebestandig asbestfiber-silikat-materiale er inne-bygget: 4 grafittfølere 34, som ved hjelp av elektriske ledningstråder 35 delvis innlagt i dysekantene 33, er forbundet med anvisningsutstyr 36, som er utstyrt med små lamper 37, og er oppstilt på en styrepult 38, samt er tilsluttet en strømkilde på f.eks. 8 volt. Gjennom disse grafittfølere 34 sluttes en elektrisk strømkrets så snart følernes frie ender kommer i berøring med det flytende støpehode 34 eller dets metalloverflate 40. Ved slutning av hver sådan strømkrets vil en av lampene 37 på anvisningsutstyret 36 lyse opp, hvorved overflatehøyden av støpehodet 39 anvises med en nøyaktighet som tilsvarer den innbyrdes avstand mellom grafittfølerne og deres antall.

I fig* 3-5 er det langs hver dyselengdekant 33 anordnet 4 grafittfølere 34.

I fig. 3 er det vist at støpehodet 39 er nådd opp til de to tredje grafitt-følere regnet nedenfra, således at de tre nederste lamper 37 lyser på anvisningsutstyret. Under stopningen holdes nivået av metalloverflaten 40 f.eks. mellom de to øverste grafittfølere, og de som ligger umiddelbart under disse, slik som det er vist i fig. 3. Hvis de to øverste lamper 37 lyser opp, må metalloverflatens nivå senkes, hvilket best skjer ved en for-høyning av støpehastigheten (ved forhøyning av kokillehalvdelenes omløps-hastighet.) Hvis metalloverflatens nivå synker for sterkt slukker de to nest øverste lamper på anvisningsutstyret, idet strømkretsen gjennon de to

■ hest øverste grafittfølere brytes. For innstilling av det ønskede smelte-nivå på nytt må støpehastigheten nedsettes.

For avføling av støpehodets høyde kan også f.eks. anvendes små mante1-termoelementer.

Anvisningsutstyret kan selvfølgelig også anvendes for automatisk styring tev støpehastigheten.

Claims (3)

1. lv ' Fremgangsmåte for tilførsel av netallsrejtbf» -ved støping av brede 'føånd av ikkeferromagnetiske metaller, særlig "aluminium eller aluminiumlegeringer, i en lett skråstilt strengstøpeform i 3-30° med horisontalplanet, idet smeiten tilføres gjennom en innløpsdyse av varmebestandig materiale'karakterisert vedat metallsmelten, for å unngå for tidlig berøring med formveggene i strengstøpeformens omløpende kokillehalvdeler, tilføres et støpehode i støpeformens hulrom under metalloverflaten på :~^"dan:måte at smeiten praktisk talt uten trykk når frem til veggene i støpe- formens hulrom.
2. 2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat metallsmelten tilføres støpehodefc-over hele bredden av det fremstilte bånd direkte under metalloverflaten.
3. 3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, '-karakterisert vedat metallsmelten tilføres ±øpehodet over S hele bredden av det fremstilte bånd ved hjelp av en innløpsdyse gjennom metalloverflaten.