DE696375C

DE696375C - Device for the production of dense cast metal blocks

Info

Publication number: DE696375C
Application number: DE1938S0131417
Authority: DE
Inventors: Edward Watson Smith
Original assignee: Submarine Signal Co
Current assignee: Submarine Signal Co
Priority date: 1938-03-26
Filing date: 1938-03-26
Publication date: 1940-09-19

Description

Vorrichtung zum Herstellen dichter Gußmetallblöcke Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, um geschmolzenes Metall beim Gießen zu Blöcken oder Barren so zu behandeln, daß -das erstarrte Metall eine feinkörnige Struktur erhält. -Beim Herstellen von Blöcken und ähnlichen Werkstücken aus Stahl und anderen Metallen oder Legierungen ist es häufig sehr erwünscht, beim Erstarren des Metalls ein sehr feines Gefüge zu erhalten. Dies ist z. B. beim Vergießen von Spezialstahl von großer Bedeutung. Auch beim Gießen von Zinkbarren ist es sehr wichtig, wenn diese zu Zinkplatten für den Zinkätzdruck ausgewalzt werden sollen.An apparatus for producing dense Gußmetallblöcke The invention relates to a device to treat molten metal during casting into ingots or billets so that - the solidified metal obtains a fine-grained structure. When producing blocks and similar workpieces from steel and other metals or alloys, it is often very desirable to obtain a very fine structure when the metal solidifies. This is e.g. B. is of great importance when casting special steel. It is also very important when casting zinc ingots if they are to be rolled out into zinc plates for zinc etching printing.

Wenn flüssiges Metall vergossen wird, erfolgt während des Abkühlens eine Kristallbildung. Sie beginnt normalerweise an der Innenwand der Form und setzt sich nach der Mitte hin fort. Bei einer im Ruhezustand erfolgenden Abkühlung bilden sich verhältnismäßig große Kristalle, und der Gußblock hat in der Mitte verhältnismäßig geringe Festigkeit. Aus diesem Grunde ist es bereits vorgeschlagen worden, die flüssige Metallmasse gegenüber ihrem Behälter dauernd in Bewegung zu halten. Diese Aufgabe ist in verschiedener Weise gelöst worden; z. B. hat man die Form in senkrechter Richtung gerüttelt oder ihre Schwenkbewegungen um eine senkrechte Achse erteilt. Das Hinundherschwenken um eine senkrechte Achse ist offensichtlich vorzuziehen, weil dabei das geschmolzene Metall im Ruhezustand bleiben kann, weil nur die Form bzw. diese mit dem bereits erstarrten Metall bewegt wird.When liquid metal is poured, it takes place during cooling a crystal formation. It usually starts and continues on the inside wall of the mold away towards the middle. Form when cooling down at rest relatively large crystals, and the ingot has relatively large in the middle low strength. For this reason it has already been proposed to use the liquid To keep metal mass constantly moving in relation to their container. This task has been solved in various ways; z. B. one has the shape in a vertical position Direction shaken or given their pivoting movements about a vertical axis. Panning around a vertical axis is obviously preferable, because the molten metal can remain at rest, because only the shape or this is moved with the already solidified metal.

Unter diesen Verhältnissen muß sich jedes entstehende Kristall auf einer Fläche bilden, die sich gegenüber dem flüssigen Metall bewegt, so daß auf jedes entstehende Kristall jeweils eine Abscherwirkung ausgeübt wird. Diese Scherwirkung will' das Kristall abreißen, und so ergibt sich in der erstarrten Masse ein feinkörnigeres Gefüge. Die Relativbewegung zwischen dem flüssigen Metall und denn Gefäß vollzieht sich dauernd, bis das Metall vollkommen erstarrt ist, weil jede Schicht; die sich auf der Innenseite des Gefäßes abkühlt, praktisch eine neue Fläche bildet, auf der neue Kristallschichten wachsen. Die sich unter diesen Verhältnissen vollziehende Kristallbildung ergibt eine homogenere Masse kleinerer Kristalle an Stelle verhältnismäßig großer Kristalle, wie es der Fall ist, wenn keine Schwingungen aufgedrückt werden.Under these conditions every crystal that is formed must appear form a surface that moves in relation to the liquid metal, so that on every resulting crystal exerted a shear effect each time will. This shear action wants to tear off the crystal, and so results in the solidified mass a finer grain structure. The relative movement between the liquid Metal and the vessel continues until the metal solidifies completely is because every layer; which cools down on the inside of the jar, practical forms a new surface on which new crystal layers grow. The ones under Crystal formation under these conditions results in a more homogeneous mass of smaller ones Crystals instead of relatively large crystals, as is the case when no vibrations are imposed.

Es ist zu beachten, daß eine Relativbewegung zwischen dem flüssigen Metall und dem Gefäß bzw. dem erstarrten Metall erfolgen muß, damit die erforderliche Scherwirkung eintritt. Die Schwingungen müssen also so schnell erfolgen, daß dieses Ergebnis erreicht wird.It should be noted that there is a relative movement between the liquid Metal and the vessel or the solidified metal must be done so that the required Shear occurs. The vibrations must be so fast that this Result is achieved.

Man hatte bereits festgestellt, daß die Erteilung einer Schwenkbewegung das beste Mittel zum Herstellen einer Relativbewegung zwischen dem bereits erstarrten und dem noch flüssigen, in der Form befindlichen Metall ist. Indessen kannte man noch keine Vorrichtung, die geeignet war, die für die Scherwirkung zwischen den geschmolzenen und den ;erstarrender Partikeln erforderliche hohe Winkelgeschwindigkeit durch Verschwenken hervorzurufen. Die Erfindung schlägt eine Einrichtung vor, die mit der notwendigen hohen Winkelgeschwindigkeit arbeiten kann und bei der dabei ein Resonanzschwingungssystem verwendet ist.It had already been established that the granting of a pivoting movement the best means of establishing relative movement between the already solidified and the metal still liquid in the mold. Meanwhile one knew still no device that was suitable for the shear between the molten and solidifying particles required high angular velocity caused by pivoting. The invention proposes a device that can work with the necessary high angular velocity and at the same time a resonance vibration system is used.

Resonanzschwingungssysteme verschiedener Art sind bereits vorgeschlagen worden. Bei einzelnen der bekannten Einrichtungen wird ein Körper mit einer bestimmten Richtung gerüttelt, und ein oder mehrere Gewichte werden mit ihm mittels elastischer Glieder verbunden, die derart bemessen sind, daß das System bei einer gewünschten Frequenz in Resonanz steht.Resonance vibration systems of various types have already been proposed been. In some of the known devices, a body with a certain Shaken direction, and one or more weights are elastic with it by means of Links connected, which are sized so that the system at a desired Frequency is in resonance.

Es ist ferner bereits ein Elektromotor vorgeschlagen worden, der ein Resonanzsystem mit nur einer schwingenden Masse bildet. Der Motoranker ist dabei z. B. mittels einer Rückstellfeder mit dem feststehenden. Feldteil verbunden. Die Elastizität der Feder und das Gewicht des Ankers sind dabei derart gewählt, daß das System bei der gewünschten Schwingungsfrequenz in Resonanz steht.It has also been proposed an electric motor that a Forms a resonance system with only one oscillating mass. The motor anchor is included z. B. by means of a return spring with the fixed. Field part connected. the The elasticity of the spring and the weight of the anchor are chosen such that the system is in resonance at the desired oscillation frequency.

Nach der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von Pendelschwingungen hoher Winkelgeschwindigkeit einer mit flüssigem Metall gefüllten Form als Resonanzschwingungssystem ausgebildet, das zwei, waagerechte Pendelschwingungen ausführende Masseteile hat, die mittels eines Gliedes von solcher Elastizität verbunden sind, daß das System bei der gewünschten Schwingungsfrequenz in ,Resonanz steht. Der eine Masseteil besteht aus der Form nebst Inhalt und den zuge-Üörigen mitschwingenden Teilen. Der zweite 11lasseteil kann als Ausgleichgewicht bezeichnet werden; es soll die zweite schwingende Masse des Systems bilden und zweckmäßig von gleichem Gewicht wie der erste schwingende Masseteil sein.According to the invention is a device for generating pendulum oscillations high angular velocity of a mold filled with liquid metal as a resonance oscillation system formed, which has two, horizontal pendulum oscillations executing mass parts, which are connected by a limb of such elasticity that the system at the desired oscillation frequency in, resonance. One mass part consists from the form along with its content and the associated resonating parts. The second 11let part can be referred to as a balance weight; it is supposed to be the second vibrating Form the mass of the system and expediently of the same weight as the first vibrating Be part of the mass.

Auf der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt; . es zeigen Abb. i einen senkrechten Schnitt einer Vorrichtung zum Erteilen von Tangentialschwingungen an eine Form oder einen Tiegel, Abb. 2 einen waagerechten Schnitt nach Linie A-A der Vorrichtung nach Abb. i und Abb. 3 einen waagerechten Schnitt nach Linie B-B der Vorrichtung nach Abb. i.In the drawing, the subject of the invention is for example shown; . Fig. i shows a vertical section of a device for Applying tangential vibrations to a form or a crucible, Fig. 2 a horizontal section along line A-A of the device according to Fig. i and Fig. 3 a horizontal section along line B-B of the device according to Fig. i.

Die Blockform (Kokille) i nach Abb. i hat zweckmäßig kreisrunden Querschnitt und ist zylindrisch oder konisch gestaltet. Sie ist auf einem kleinen Tisch 2 mittels Befestigungsschrauben 3 gehalten, die das Gefäß fest mit dem Tisch 2 verbinden. Eine entsprechende Wärmeisolierschicht q. trennt den Tisch vom Rahmen 5. Letzterer ruht auf einer Plattform 6 mittels Kugel- oder Rollenlager 7. Der Rahmen trägt die Feldpole 27 eines Oszillatormotors und ist mit ihnen fest verbunden. Die Plattform 6 ruht auf einem Fuß 9 mittels Kugellager i o. Eine Welle i i ist an der Plattform 6 befestigt, und ihr unteres Ende ragt in eine Ausnehmung 12 des Fußes 9. Kugellager 13 sind in der Ausnehmung i-- vorgesehen, und Kugellager 14, die zweckmäßig im oberen Teil des Rahmens 5 angeordnet sind, dienen dazu, die Welle i i senkrecht zu halten. Mit der Welle i i sind ein Anker 15 und eine Feder 16 starr verbunden. Die.Feder 16 ist eine Spiralfeder, wie es aus Abb.3 ersichtlich ist. Das eine Ende der Feder ist mittels Niete 18 an einem Bund oder Flansch 17 der Welle i i befestigt, während das andere Ende der Feder mittels eines Niets i 9 am Rahmen 5 befestigt ist. Die Anordnung des Ankers und der Pole ist in Abb.2 dargestellt.The block shape (mold) i according to Fig. I has an expediently circular cross-section and is cylindrical or conical in shape. She is on a small table 2 by means Fixing screws 3 held that firmly connect the vessel to the table 2. A corresponding heat insulating layer q. separates the table from the frame 5. The latter rests on a platform 6 by means of ball or roller bearings 7. The frame carries the Field poles 27 of an oscillator motor and is firmly connected to them. The platform 6 rests on a foot 9 by means of ball bearings i o. A shaft i i is on the platform 6 attached, and its lower end protrudes into a recess 12 of the foot 9. Ball bearings 13 are provided in the recess i--, and ball bearings 14, which are useful in the upper Part of the frame 5 are arranged, serve to keep the shaft i i perpendicular. An armature 15 and a spring 16 are rigidly connected to the shaft i i. The feather 16 is a spiral spring, as can be seen from Fig.3. One end of the pen is fastened by means of rivets 18 to a collar or flange 17 of the shaft i i, while the other end of the spring is attached to the frame 5 by means of a rivet 9. the The arrangement of the armature and the poles is shown in Figure 2.

Es sind vier Pole vorhanden, 24., 25, 26 und 27. Sie bestehen aus Lamellen, die mittels Bolzen 8 zusammengehalten werden. Jeder Pol ist von einer Spule 29 umschlossen, durch die der magnetische Kreis erregt wird. Der Anker 15 ist von den Polen durch einen Luftspalt entsprechender Abmessungen getrennt. Er kann zweckmäßig zwei Wicklungen haben, die axial um den Anker angeordnet sind und zueinander rechtwinklig stehen. Aus Abb.2 ist es ersichtlich, daß bei richtiger Verbindung der Polspulen 29 die Strömungsrichtung des Fluxes derart verlaufen kann, daß sie bei einer bestimmten Richtung des durch den Anker fließenden Stromes von den Polen 2q. bzw. 27 zu den Polen 25 bzw. 26 geht. Es ist auch ersichtlich, daß, wenn ein Strom durch den dem POI24 am nächsten stehenden Teil 24' der Wicklung, und zwar in einer senkrecht zu der Papierebene stehenden und nach ihr hin gerichteten Richtung fließt, er in einer Richtung fließt, die senkrecht zur Papierebene steht und von ihr weg gerichtet ist, und zwar in dem dem Po126 am nächsten stehenden Teil der Wicklung. Wenn also die Strömungsrichtung des Fluxes in den Polen 24. und 27 durch den Anker 15 und nach den Polen 25 und 26 geht, so wird der aus der Papierebene kommende Strom in dem mit 26' bezeichneten Teil der Wicklung eine entgegen dem Uhrzeigersinne gerichtete Drehung des Ankers 15 hervorzurufen suchen. Eine ähnliche Neigung zu einer entgegen dem Uhrzeigersinne gerichteten Drehung wird durch die in den anderen Wicklungen des Ankers fließenden Ströme hervorgerufen.There are four poles, 24th, 25, 26 and 27. They are made up of Lamellae that are held together by means of bolts 8. Each pole is from one Enclosed coil 29 through which the magnetic circuit is excited. The anchor 15 is separated from the poles by an air gap of appropriate dimensions. He can expediently have two windings which are arranged axially around the armature and stand at right angles to each other. From Fig.2 it can be seen that with correct Connection of the pole coils 29 the direction of flow of the flux like that can run that it flows through the armature at a certain direction Stream from the poles 2q. or 27 goes to poles 25 and 26, respectively. It can also be seen that when a current flows through the part 24 'of the winding which is closest to the POI24, namely in a perpendicular to the plane of the paper and directed towards it Direction flows, it flows in a direction that is perpendicular to the plane of the paper and is directed away from it, namely in the part closest to Po126 the winding. So if the direction of flow of the flux in poles 24th and 27th goes through the armature 15 and to the poles 25 and 26, it becomes the plane of the paper Coming current in the part of the winding designated by 26 'is counterclockwise seek directional rotation of the armature 15 to cause. A similar tendency to a counterclockwise rotation is passed through in the other Windings of the armature caused flowing currents.

Wenn die Ankerspulen mit den Spulen der Pole richtig in Reihe geschaltet sind, so wird ein Wechselstrom in dem System immer eine entgegen dem Uhrzeigersinne gerichtete Drehung des Ankers hervorzurufen suchen. Diese Kraft wird derart sein, daß sie die Feder 16 aufziehen will. Wenn der Wechselstrom anfängt abzunehmen, so wird die Rückstellkraft der Feder den Anker so lange im Uhrzeigersinne drehen,, bis der Wechselstrom durch Null geht und wieder in der entgegengesetzten Richtung anzusteigen beginnt. Dadurch wird wieder eine Ankerdrehung entgegen dem Uhrzeigersinne hervorgerufen, und die Feder wird aufgezogen. Daraus ergibt sich eine hin und her gehende Drehung des Ankers und des Rahmens 5.When the armature coils are properly connected in series with the coils of the poles an alternating current in the system will always be counterclockwise seek directional rotation of the anchor. This power will be such that she wants to wind up the spring 16. If the alternating current starts to decrease, so the restoring force of the spring will turn the armature clockwise as long as until the alternating current goes through zero and again in the opposite direction begins to rise. This causes the armature to rotate counterclockwise again and the spring is wound up. This results in a back and forth walking rotation of the anchor and frame 5.

Die Amplitude dieser Drehung oder Torsionsschwingung wird bei der 'Resonanzfrequenz des Systems ein Maximum haben. Sie ist abhängig von den relativen Massen der beiden Hauptteile des Systems und von der Stärke der Feder. Die beiden Hauptteile des Systems sind offensichtlich einerseits der Anker und der Plattformteil 6 und das Gefäß und sein Stützrähmen 5 für die Pole andererseits. Bei. Resonanz ist die Afnplitude der Torsionsschwingung proportional der Stromstärke in den Wicklungen. Wenn die beiden Massen gleiches Gewicht haben, so haben sie gleiche Amplitude. Ferner muß die Frequenz des dem System zugeleiteten Wechsel-Stromes, um Resonanz zu erhalten, halb so groß wie die Eigenschwingungsfrequenz des Systems sein.The amplitude of this rotation or torsional vibration is at the 'Have a maximum resonance frequency of the system. It depends on the relative Masses of the two main parts of the system and on the strength of the spring. The two The main parts of the system are obviously on the one hand the anchor and the platform part 6 and the vessel and its support frame 5 for the poles on the other hand. At. resonance the amplitude of the torsional oscillation is proportional to the current strength in the windings. If the two masses have the same weight, they have the same amplitude. Further must be the frequency of the alternating current fed to the system in order to obtain resonance, half as large as the natural oscillation frequency of the system.

Auf diese Weise wird die Blockform i um ihre senkrechte Achse Schwingungen ausführen. Weil die Trägheit das geschmolzene Metall in der Gießform im wesentlichen in Ruhe hält, so erhält man eine Relativbeweguüg zwischen der Wandung der Blockform und dem geschmolzenen Metall. Jede gewünschte Schwingungsfrequenz und Amplitude kann angewendet werden. Z. B. wird sich für verhältnismäßiZ große Formen für Barren eine verhältnismäßig niedrige Frequenz, z. B. 2o-Perioden/Sekunde, bei einer Amplitude von 2 oder 3° als ausreichend erweisen.In this way, the block shape i will vibrate about its vertical axis carry out. Because inertia essentially removes the molten metal in the casting mold keeps at rest, you get a relative movement between the wall of the block form and the molten metal. Any desired vibration frequency and amplitude can be applied. For example, relatively large molds will be used for ingots a relatively low frequency, e.g. B. 2o periods / second, at one amplitude of 2 or 3 ° prove to be sufficient.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Apparatus for producing dense cast metal blocks by means of a pivotable about a vertical axis to disrupt the crystal formation Casting mold characterized by a resonance oscillation system with two opposing vibrating mass parts that are connected by an elastic coupling member, whose elasticity is matched to the desired number of vibrations, the a mouse part consists of the shape and its content as well as the parts connected to it and the second mass part serves as a balance weight.

2. Device according to claim i, characterized in that the two vibrating mass parts are approximately the same Have weight.,

3. Device according to claims i and 2, characterized in that the vibration energy is generated by means of an electromagnetic device, the armature and the field pole pieces of which can be pivoted against each other about a common axis and are connected to the mold or the second mass part. q .. Device according to claims i to 3, characterized in that the form (i) is arranged pivotably (rollers 7) on the second oscillating mass part (6) by means of a hollow cylindrical carrier (5) on which the field pole pieces (2q. to 27) while the associated armature (15) sits on the shaft (ii) of the mass part (-6) and this is coupled to the support of the mold by a spiral spring (16).