CS270454B1 - Slévárenská forma pro odléváni kovů, zejména oceli - Google Patents

Abstract

Řešeni ee týká slévárenské formy pro odlévání kovů, zejména oceli, s intenzivním řízením tuhnuti a chladnutí odlitku. Intenzifikační systém je představován jednou nebo několika tepelnými trubicemi, zavedenými výparnými konci do kovových chladítek. Řízeni tepelného toku se provádí změnou chladícího výkonu chladiče, umístěného na kondenzačním konci tepelné trubice.

Description

Vynález se týká slévárenské formy s Mžením tepelného procesu tuhnutí a chladnutí kovů, zejména ocelových odlitků v pískové formě. Ukazuje možnost ovlivňování tepelného procesu v tepelně exponovaných uzlech odlitků pomocí různě uspořádaného intenzifikačního chladicího systému.

Dosud nejrozSířenějším způsobem ovlivňování tepelného procesu ocelových odlitků Jsou klasická kovová chladítka, Ta svojí tepelnou kapacitou ovlivňují přenos tepla v určitém místě systému odlltek-forma tak, aby se v něm ovlivnil teplotní gradient a tepelná napětí odlitku a zabránilo se tak porušení Jeho celistvosti. Množství odvedeného tepla Je však limitováno dimenzováním chladítka. Klasické kovové chladítko představuje určitou Jednorázovou a omezenou tepelnou kapacitu. Nevýhodou tohoto způsobu je pasivní působení chladítka a Jeho malá a omezená ochlazovací účinnost.

Ve slévárenské technologii se sice k chlazení a hlavně k vyrovnání teplotních polí v kovových formách pro tlakové 11tí používají tepelné trubice, nejedná se tu však o vytvoření dynamického chladítka s řízeným ochlazováním. Kromě toho jde o teploty podstatně nižší než jsou teploty u ocelových odlitků litých do pískových forem.

Uvedené nevýhody odstraňuje slévárenská forma pro odlévání kovů, zejména ocelí, charakterizovaná intenzivním řízením tepelného procesu při tuhnutí a chladnutí odlitků, obsahující Jednu tepelnou trubici s vloženou výparnou částí a opatřenou na vnějším kondenzačním konci chladičem s proměnným chladícím výkonem, podle vynálezu, Jehož podstata spočívá v tom, že nejméně Jedna tepelná trubice je umístěna v nejméně v Jednom chladítku.

Výhodou slévárenské formy s intenzivním řízením tepelného procesu tuhnutí a chladnutí kovů podls vynálezu Je to, že lze řízením a usměrňováním procesu tuhnutí a chladnutí odlitku aktivně ovlivňovat strukturu materiálu, případně tepelný a tepelně napjatostní proces v exponovaných místech odlitku. Oproti klasickému statickému chladítku se dosahuje až o loo% 1 více zvýšení chladícího účinku, dále snížení hmotnosti kovového chladítka i velikosti formy.

Příkladné provedení slévárenské formy podle vynálezu js znázorněno na přiložených náčrtcích, kde na obr, 1α Je podélný a na obr, 1b příčný řez klasickým chladítkem se zavedenou do něj tepelnou trubicí. Na obr, 2a a obr. 2b je obdobně řez žebrovými chladítky s ochrannou, tepelně izolační vrstvou písku. Na obr, 3a je podélný a obr, 3b příčný řez chladítkem, představovaným soustavou vysokoteplotních a nízkoteplotních tepelných trubic, zavedených do žebrových chladítsk. Na dvou obr, z obr, 4 a obr. 5 Jsou vyneseny experimentálně zjištěné časové závislosti hustoty tepelného toku pro různá uspořádání chladítka a tepelné trubice. Bližší popis je zřejmý z následujících příkladů.

Příklady

Základní princip uspořádání klasického chladítka a tepelnou trubicí Je uveden na obr. 1 a představuje do pískové formy 4 vložsné chladítko £ v těsné blízkosti povrchové plochy ocelového odlitku 3 s výparnou částí £ tepelné trubice £, Jejíž kondenzační konec 6, je opatřen chladičem 7 s proměnným chladícím výkonem, např, 1 kW, Chladič £ může být v některých případech nahražen chlazením přirozenou konvekcí a tepelným zářením do okolí žebrované plochy kondenzační části 6 tepelné trubice 1 nebo zapojen na vynucené vzduchové chlazení s řízenou intenzitou pomocí ventilátoru. Při tomto uspořádání lze přiměřeně ovlivňovat nebo řídit během tepelného procesu rychlost tuhnutí ocelového odlitku 3.

Příklad uspořádání žebrového chladítka uvedený na obr, 2a a 2b se liší tím, že chladítko 2 je představováno žebry 8, umístěnými souběžně s povrchem odlitku 3 na výparné části 5 tepelné trubice £, přičemž mezi žebry 8 a stěnou odlitku 3 je tepelně izolační vrstva £, např. písku, jejíž tloušt&a a tepelně fyzikální vlastnosti jsou určeny maximální přípustnou teplotou tepelné trubice £ a její pracovní termodynamickou charakteristikou.

Pro odlitky větší a velké hmotnosti Je na obr. 3a a 3b uvedeno zařízení spočívající v tom, že do pískové formy 4 se umístí soustava vysokoteplotních lo a nízkoteplotních tepelných tru2 CS 270454 Bl bic 11 v určitých odlehlostech od stěn odlitku £ tak, že vzdálenější nízkoteplotní tepelné trubice 11, např. s vodní náplní, vytvářejí ochranu proti přetížení vysokoteplotních tepelných trubic lo, např. se sodíkovou náplní, a současně rozšiřují pracovní teplotní pásmo intenzifikačního systému. Účinek na tuhnutí a chladnutí odlitku 3 lze pro konkrétní případy přizpůsobit počtem tepelných trubic, Jejich odlehlostí od povrchu odlitku 3, velikostí chladítka 2 nebo velikostí chladítka ve tvaru žeber 8, u výparné částí tepelných trubic lo a 11, Zařízení naznačená na obr. 1 až obr. 3 a Jejich aktivní část lze podle požadovaného účinku vzájemně kombinovat a přizpůsobovat je různému tvaru odlitku nebo Jeho příslušné části, vyžadující po určitou dobu intenzifikaci tepelného procesu.

K ověření funkce slévárenské formy s intenzivním řízením tepelného procesu tuhnutí a chladnutí odlitku bylo provedeno několik experimentů, při nichž se měřily teploty v odlitku a v pískové formě, při různém uspořádání intenzifikačního chladícího systému. Z naměřených teplot se řešením nepřímé úlohy určovaly hustoty tepelného toku a měrné tepelné přestupnosti mezi odlitkem a pískovou formou, Z pozorování hustot tepelného toku při různém uspořádání intenzifikačního chladícího systému Jo možno posoudit Jeho účinnost.

Byl proveden experiment sledující porovnání různých způsobů chladnutí odlitku ocelové desky v pískové formě. Uspořádání tří různých způsobů Je na obr. 4a. První způsob představuje odlitek 3 desky bez chladítka, druhý případ odlitek 3 desky s klasickým chladítkem 2 a třetí odlitek 3 desky s chladítkem 2 a vestavěnou vysokoteplotní sodíkovou tepelnou trubicí 1. Na obr. 4b jsou vyneseny v bezrozměrovém tvaru, kdo Ki Je Kirplčevovo číslo a Fo Je Fourierovo číslo, časové závislosti hustoty tepelného toku v naznačených řezech A, Β, K odlitku 3 desky a pískové formy 4. Z porovnání Je vidět odlišnost působení jednotlivých způsobů ochlazování odlitků. V případě chlazení s tepelnou trubicí _1 šlo o sodíkovou trubici o tepelném výkonu přibližně 1 kW, při použití výkonější tepelné trubice se dosáhlo několikanásobného ochlazovacího účinku.

Další experiment sledoval použití vzduchem chlazené tepelné trubice £ s ochrannou vrstvou lo mm tlustého písku v tenkém pouzdře 12 představující chladítko 2, V obr. 5 je vlevo případ se sodíkovou tepelnou trubicí 1, vpravo Je místo tepelné trubice vložena pouze trubka 1¾ odpovídající rozměrům sodíkové tepelné trubice 1, Na obr. 5a Jsou vyznačena a očíslována měřící místa ve formě a odlitku pro Pt-PtRh termočlánky. Při pokusu dosáhla teplota spodního konce trubky 13 asi po lo minutách 1 33o °C, kdežto u tepelné trubice £ měla spodní část tepelné trubice maximální teplotu 83o °C, která se po poklesu udržovala až do konce měření v rozmezí 6oo aŽ 7oo °C. Tepelnou trubici charakterizují rychlý start a dlouhodobější působení. Bližší objasnění Je zřejmé z časového průběhu hustoty tepelného toku mezi tepelnou trubicí 2 a odlitkem 3, uvedeného na obr. Projevuje se kromě jiného několikanásobně vyšším odvodem tepla tepelnou trubicí JL· Sodíková tepelná trubice £ měla průměr 35 mm a délku 1 m, plocha výparné části 2oo cm^, optimální pracovní teplota 8oo °C, hmotnost odlitku 6o kg, chlazení vzduchem, maximální teplo odváděné chladičem 7 bylo 2,8 kW.

Claims (1)

1. Slévárenská forma pro odlévání kovů, zejména ocelí, charakterizovaná intenzívním řízeným tuhnutím a chladnutím odlitku, obsahující tepelnou trubici s vloženou výparnou částí a opatřenou na kondenzačním konci chladičem s proměnným chladicím výkonem, vyznačená tím, že nejméně jedna tepelná trubice (1, lo, 11) je umístěna v nejméně Jednom chladítku (2, 8).