CS270454B1

CS270454B1 - Casting mould for metals especially steel casting

Info

Publication number: CS270454B1
Application number: CS884237A
Authority: CS
Inventors: Josef Doc Ing Csc Kunes; Ladislav Ing Chaloupka; Jiri Ing Drsc Schneller; Ales Rndr Zuzanak
Original assignee: Kunes Josef; Ladislav Ing Chaloupka; Jiri Ing Drsc Schneller; Ales Rndr Zuzanak
Priority date: 1988-06-20
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1990-06-13
Also published as: CS423788A1

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.The solution relates to a foundry mold for casting metals, especially steels, with intensive control solidification and cooling of the casting. Intensification the system is represented by one or more by heat pipes introduced by the evaporation ends into metal coolers. Thermal flow control is done by changing the cooling capacity of the radiator, located at the condensation end of the heat pipe.

Description

CS 2?o434 BX 1CS 2? O434 BX 1

Vynález ee týká slévárenská formy s řízením tepelného procesu tuhnutí a chladnutí kovů,zejména ocelových odlitků v pískové formé. Ukazuje možnost ovlivňování tepelného procesu v te-pelné exponovaných uzlech odlitků pomocí různé uspořádaného intenzifikačního chladícího systé-mu.The invention relates to a foundry mold with the control of the thermal process of solidification and cooling of metals, in particular sand molded steel castings. It shows the possibility of influencing the thermal process in the thermally exposed casting nodes by means of a different arranged intensification cooling system.

Dosud nejrozéířenéjéím způsobem ovlivňování tepelného procesu ocelových odlitků Jsou kla-sická kovová chladítka. Ta svojí tepelnou kapacitou ovlivňují přenos tepla v určitém místé systé-mu odlltek-forma tak, aby se v ném ovlivnil teplotní gradient a tepelná napétí odlitku a zabránilose tak poručení Jeho celistvosti. Množství odvedeného tepla Je véak limitováno dimenzovánímchladítka. Klasické kovové chladítko představuje určitou Jednorázovou a omezenou tepelnou kapa-citu. Nevýhodou tohoto způsobu Je pasivní působení chladítka a Jeho malá a omezená ochlazo-vací účinnost.The most widely used way of influencing the thermal process of steel castings are conventional metal coolers. Due to their thermal capacity, they affect the heat transfer in a particular place of the cast-mold system so that the temperature gradient and thermal casting of the casting are affected and thus prevent the integrity of its integrity. The amount of heat dissipated However, the sizing of the cooler is limited. The classic metal cooler represents a one-time and limited heat capacity. The disadvantage of this method is the passive action of the cooler and its low and limited cooling efficiency.

Ve slévárenské technologii se sice k chlazení a hlavné k vyrovnání teplotních polí v ko-vových formách pro tlakové 11tí používají tepelné trubice, nejedná se tu véak o vytvoření dyna-mického chladítka s řízeným ochlazováním, Kromé toho jde o teploty podstatné nlžéí než Jsouteploty u ocelových odlitků litých do pískových forem.In the foundry technology, although heat pipes are used for cooling and, in particular, for balancing the temperature fields in pressure molds, it is not a matter of creating a dynamic refrigeration cooler, in addition to the temperature of the heavier ones. sand mold castings.

Uvedené nevýhody odstraňuje slévárenská forma pro odlévání kovů, zejména ocelí, chara-kterizovaná intenzivním řízením tepelného procesu při tuhnutí a chladnutí odlitků, obsahující Jed-nu tepelnou trubici s vloženou výpamou částí a opatřenou na vnéjéím kondenzačním konci chla-dičem s proménným chladícím výkonem, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že nejmé-né Jedna tepelná trubice Je umísténa v nejméné v jednom chladltku. Výhodou slévárenské formy s intenzivním řízením tepelného procesu tuhnutí a chladnutíkovů podle vynálezu je to, že lze řízením a usmérň ováním procesu tuhnutí a chladnutí odlitkuaktivní ovlivňovat strukturu materiálu, případné tepelný a tepelné napjatostni proces v expono-vaných místech odlitku. Oproti klasickému statickému chladítku se dosahuje až o loo% 1 vlčezvýéení chladícího účinku, dále snížení hmotnosti kovového chladítka 1 velikosti formy. Příkladné provedení slévárenské formy podle vynálezu je znázoméno na přiložených ná-črtcích, kde na obr. la Je podélný a na obr. lb příčný řez klasickým chladítkem se zavedenoudo néj tepelnou trubicí. Na obr. 2a a obr. 2b je obdobné řez žebrovými chladítky a ochrannou,tepelné izolační vrstvou písku. N'a obr. 3a je podélný a obr, 3b příčný řez chladítkem, předsta-vovaným soustavou vysokoteplotních a nízkoteplotních tepelných trubic, zavedených do žebrovýchchladítek. Na dvou obr. z obr. 4 a obr. 5 jsou vyneseny experimentální zjléténé časové závi-slosti hustoty tepelného toku pro různá uspořádání chladítka a tepelné trubice. Bližéí popis jezřejmý z následujících příkladů. Příklady Základní princip uspořádání klasického chladítka a tepelnou trubicí Je uveden na obr. 1 apředstavuje do pískové formy 4 vložené chladítko 2 v tésné blízkosti povrchové plochy ocelové-ho odlitku 3 s výpamou částí 8 tepelné trubice Jejíž kondenzační konec 6, je opatřen chladi-čem ? s proménným chladícím výkonem, např, X kW, Chladič £ může být v nékterých případechnahražen chlazením přirozenou konvekcí a tepelným zářením do okolí žebrované plochy konden-zační části 6 tepelné trubice X nebo zapojen ná vynucené vzduchové chlazení s řízenou inten-zitou pomocí ventilátoru. Při tomto uspořádání lze přlméřené ovlivňovat nebo řídit béhem tepelné-ho procesu rychlost tuhnutí ocelového odlitku 3. Příklad uspořádání žebrového chladítka uvedený na obr, 2a a 2b se liél tím, že chladítko2 Je představováno žebry 8, uraísténýml soubéžné s povrchem odlitku 3 na výpamé části 5 te-pelné trubice X, přičemž mezi žebry 8 a sténou odlitku 3 Je tepelné izolační vrstva £, např.písku, jejíž tloužtka a tepelné fyzikální vlastnosti jsou určeny maximální přípustnou teplotou te-pelné trubice X, a její pracovní termodynamickou charakteristikou.The above-mentioned disadvantages are eliminated by the foundry mold for casting metals, in particular by steel, characterized by intensive control of the thermal process during solidification and cooling of castings, comprising a single heat sink with an embedded portion and provided with an external cooling condenser at the external condensation end. SUMMARY OF THE INVENTION The invention is based on the fact that at least one heat pipe is located in at least one refrigerator. An advantage of the foundry mold with intensive control of the solidification and cooling process according to the invention is that by controlling and directing the solidification and cooling process, it is possible to cast the influence of the structure of the material, the possible thermal and thermal stressing process in the exposed areas of the casting. In contrast to the conventional static cooler, up to 1% of the cooling effect is achieved, further reducing the weight of the metal cooler 1 to the size of the mold. An exemplary embodiment of a casting mold according to the invention is shown in the accompanying drawings, wherein in Fig. 1a is a longitudinal and in Fig. 1b a cross-section of a conventional cooler introduced into it by a heat pipe. Fig. 2a and Fig. 2b are a similar sectional view of the finned coolers and the protective thermal insulation layer of sand. Fig. 3a is a longitudinal and Fig. 3b cross-sectional view of a cooler provided by a set of high temperature and low temperature heat pipes introduced into the fins. In Fig. 4 and Fig. 5, the experimental time-varying heat flux densities for the various cooler and heat tube configurations are plotted. For a more detailed description, see the following examples. Examples Basic Principle of Classical Cooler and Heat Tube Arrangement It is shown in Fig. 1 and a cooler 2 is inserted into sand mold 4 in close proximity to the surface of a steel casting 3 with a heat pipe part 8 whose condensation end 6 is provided with a cooler? with variable cooling power, e.g., X kW, in some cases, the cooler may be compensated for by natural convection cooling and thermal radiation to the vicinity of the finned surface of the condenser section 6 of the heat pipe, or forced forced air cooling with fan control. In this configuration, the solidification rate of the steel casting 3 can be influenced or controlled during the thermal process. An example of the finned cooling arrangement shown in Figs. 2a and 2b is that the cooler 2 is represented by ribs 8, uraesthetically parallel to the casting surface 3 on the breather 5 of the heat tube X, wherein there is a thermal insulating layer 6 between the ribs 8 and the casting wall 3, for example, a strip, the lengths and thermal physical properties of which are determined by the maximum permissible temperature of the heat tube X and its working thermodynamic characteristics.

Pro odlitky vétéí a velké hmotnosti Je na obr. 3a a 3b uvedeno zařízení spočívající v tom, že do pískové formy 4 se umístí soustava vysokoteplotních Xo a nízkoteplotních tepelných tru-For large and heavy weight castings, a device is provided in Figs. 3a and 3b, wherein a set of high temperature Xo and low temperature heat pipes is placed in the sand mold 4.

Claims

2b 1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b1b2bbb2bbb2bb2bb2bb5bb5b2bb5b2bb5bb5b2bbb.pdf. with the sodium filling, and at the same time expanding the working temperature zone of the intensification system, the effect of solidification and cooling of the casting 3 can be adapted to the particular case by the number of heat pipes, their remoteness from the casting surface 3, the size of the cooler 2 or the size of the fin-shaped cooler & 1 and 11, the devices shown in FIG. 1 to FIG. 3 and Their active part can be combined with one another according to the desired effect and adapted to the different shape of the casting or its respective part, requiring it. Several experiments were carried out to verify the function of the casting mold with the intensive control of the solidification and cooling process of the casting several experiments in which the temperature of the casting was measured in a sand mold, with different intensification cooling systems. From the measured temperatures, by solving the indirect task, they determined the heat flux densities and the specific thermal transients between the flue and the sand mold, and its efficiency can be assessed from the observed heat flux densities at different arrangements of the intensifying cooling system. An experiment was conducted following! comparing different methods of cooling the steel plate casting in sand mold. The arrangement of three different methods is shown in Figure 4a. The first method is a casting of 3 plates without a cooler, the second one a casting of 3 plates with a conventional cooler 2 and a third casting of 3 plates with a cooler 2 and a built-in high temperature sodium heat tube 1, Fig. 4b is plotted in a dimensionless shape where Ki is Klrplcevovo the number and Po is the Fourler number, the time dependence of the heat flux density in the indicated sections A, B, K of the plate 3 of the plate and the sand mold 4. In comparison, the effect of the individual methods of cooling the castings is seen to be different. In the case of cooling and the heat pipe 11, it was a sodium tube with a heat output of about 1 kW, with the use of a more powerful heat pipe, a multiple cooling effect was achieved. Another experiment followed the use of an air-cooled heat pipe 1 with a protective layer of 1 mm thick sand in a thin shell 12 representing a cooler 2. In Fig. 5, there is a case with a sodium heat pipe 1, only a pipe is inserted instead of a heat pipe 1, corresponding to the dimensions of the sodium heat pipe 1. In FIG. In the experiment, the temperature of the lower end of the tube 13 was about 1,300 ° C for about minutes, while the heat tube 1 had a maximum temperature of 83 ° C at the bottom of the heat tube, which was maintained until the end of the measurement in the range of 6,000 ° C to 7,000 ° C. The heat tube is characterized by a fast start and longer-term action. Closer clarification is evident from the time course of the heat flux density between the heat pipe and the casting 3 shown in FIG. The sodium heat tube J1 had a diameter of 35 mm and a length of 1 m, an evaporation area of 200 [mu] m, an optimum working temperature of 8 [deg.] C., a casting weight of 6 kg, air cooling, the maximum heat dissipated by the cooler 7 was 2.8 kW. OBJECT OF THE INVENTION A casting mold for casting metals, in particular steel, characterized by intensive controlled solidification and cooling of the casting, comprising! a heat pipe having a vaporized portion inserted therein and provided with a condenser end with a variable cooling power cooler, characterized in that at least one heat pipe (1, 1e, 11) is disposed in at least one cooler (2, 8). 4 drawings