DK154331B - Fremgangsmaade og apparat til lodret opadrettet kontinuerlig stoebning af en metalstreng ved anvendelse af en i stoeberetningen oscillerende formsammenstilling - Google Patents

Description

i i

DK 154331 B

5 Opfindelsen angår en fremgangsmåde til lodret opadret-tet kontinuerlig støbning af en metalstreng fra en metalsmeltemasse/ under anvendelse af en lodret orienteret dyse med en indløbsende forsynet med et kølelegeme/ som med en fri ende omgiver en del af dysen 10 for at muliggøre en afkøling af dele af dysen, hvorhos et isolationselement er anbragt i en udsparing i kølelegemet mellem en del af dysen og en del af kølelegemet for at isolere en del af dysen mod afkøling fra kølelegemet, idet indløbsenden af dysen er anbragt 15 i afstand under kølelegemets frie ende, og idet isolationselementet er anbragt på kølelegemets frie ende og strækker sig mellem dysen og kølelegemet over en forud fastlagt afstand, idet den frie ende på kølelegemet er nedsænket i smeltemassen til en dybde 20 større end den nævnte forud fastlagte afstand for at frembringe en størkningsfront i dysen, når smeltemassen trækkes ud gennem nævnte kølelegeme, mens dysen afkøles gennem kølelegemet, idet afkølingen bringes til fuldstændigt at størkne det smeltede 25 metal til en streng i en del af dysen over isolationselementet, hvorunder dysen og strengen alternerende bevæges frem og tilbage i forhold til hinanden i strengens fremføringsretning og et apparat til lodret opadrettet kontinuerlig støbning af en metalstreng 30 fra en metalmasse til brug ved udøvelse af den nævnte fremgangsmåde under anvendelse af en i apparatets brugsstilling lodret orienteret rørformet dyse med en indløbsende i væskeforbindelse med smeltemassen; et kølelegeme med en fri ende, der omgiver en del

' DK 154331 B

2 1 af dysen for at muliggøre afkøling af dele af dysen, hvorhos dysens indløbsende befinder sig i afstand under kølelegemets frie ende; et isolationselement, der er anbragt i en udsparing i kølelegemet og mellem 5 en del af dysen og kølelegemet for at isolere en del af dysen mod kølelegemets afkøling, idet nævnte isolationselement er anbragt på den frie ende af kølelegemet og strækker sig mellem dysen og kølelegemet over en forudbestemi_afstand; midler til nedsænk-10 ning af kølelegemets--frie ende i smeltemassen til en dybde, der er større end nævnte forudbestemte afstand for at frembringe en størkningsfront i dysen under smeltemassens overflade, når smeltemassen og den størknede streng- trækkes ud gennem kølelegemet; 15 midler til udtrækning af smeltet metal fra smeltemassen gennem dysen, medens dysen afkøles gennem kølelegemet, idet kølingen er indrettet til at kunne bringe det smeltede metal til at størkne fuldstændigt til en streng i en del af dysen.

20

Det er almindelig „kendt teknik at støbe ubestemte længder metalstænger fra en smeltet masse ved at trække smeltet metal gennem en kølet form. Formen består sædvanligvis af en dyse af varmebestandigt 25 materiale, såsom grafit, hvilken dyse afkøles af en omgivende vandkappe. USA patentskrift nr. 3.354.936 beskriver for eksempel en kølet formsammenstilling, som er tæt indsat i bundvæggen på en metalsmeltebehol-der til at støbe store barrer. Tyngdekraften føder 30 den smeltede masse gennem formen. Ved støbning nedad er der imidlertid fare for, at den smeltede masse "bryder ud", og metalsmeltebeholderen må da tømmes eller vippes over for at man kan reparere eller erstatte formen eller støbedysen.

3

DK 154331 B

1 Horisontal støbning gennem en kølet form har også været benyttet. Foruden udtømnings- og udskiftningsproblemer ved den foran omtalte lodret nedadrettede støbning kan tyngdekraften bevirke en ujævn størkning/ 5 og dette resulterer i et støbegods# som ikke er ens i tværsnittet# eller som har dårlig overfladekvalitet.

Endelig har der været benyttet forskellige apparater til støbning opad. Tidligere apparater er beskrevet 10 i USA patentskrift nr. 2.553.921 og i USA patent skrift nr. 2.171.132. I USA patentskrift nr. 2.553.921 benyttes et vandkølet metallisk formrør med en ydre keramisk foring, som er nedsænket i en smeltet masse.

I praksis er der ikke fundet noget metal, som er 15 egnet til anvendelse som formrør, støbestykket udsættes for ujævn afkøling og kondenserede metaldampe kan samle sig i åbningen mellem formrøret og foringen på grund af forskellen i disses varmeudvidelseskoeffi-cienter. I apparatet, der kendes fra det sidstnævnte 20 USA patentskrift benyttes også et vandkølet "rør", men dette er monteret over den smeltede masse, og det er nødvendigt med et vacuum til at trække den smeltede masse op i røret. En koaksial og varmefast forlængelse af røret strækker sig ind i den smeltede 25 masse. Den varmefaste eller varmebestandige forlængelse er nødvendig for at hindre "paddehatdannelse", d.v.s. dannelse af en fast masse af metal med en diameter, som er større end det kølede rørs. Som i apparatet fra det førstnævnte USA patentskrift 30 kan termisk udviklede gab, som i dette tilfælde opstår mellem røret og forlængelsen, opsamle kondenserede metaldampe, og dette kan resultere i dårlig overfladekvalitet eller ydre flader på støbegodset.

4

DK 154331 B

1 USA patentskrifterne nr. 3.746.077 og nr. 3.872.913 beskriver en senere udviklet teknik og apparat til støbning opad. Ifølge USA patentskrift nr. 3.872.913 undgås de problemer, som er forbundet med varmeudvi-5 delsesforskellene ved, at kun den yderste spids af "dysen" placeres i den smeltede masse. En vandkølet kappe omslutter den øvre ende af dysen. På grund af, at overfladen af den smeltede masse ligger under køle-zonen, er det nødvendigt med et vacuumkammer 10 ved den øvre ende af dysen for at trække den smeltede masse op til køle-zonen. Brug af et vacuumkammer begrænser imidlertid den mængde strengmateriale, der kan trækkes op, og der kræves særlige fonner for tætninger, som Kan udholde varmen fra smeItemas- 15 sen.

USA patentskriftet nr. 3.746.077 undgår vacuumkammeret ved, at en kølekappe og en del af en omsluttet dyse sænkes ned i den smeltede masse. Nedsænkningsdybden 20 er tilstrækkelig til, at den smeltede masse fødes til størknings zonen, men den er ikke dybt nedsænket.

Både kappen og skillefladerne mellem kappen og dysen «H* er beskyttet mod den smeltede masse af en omgivende, isolerende foring. Den nedre ende af foringen støder 25 imod den nedre, ydre flade på dysen for at blokere en direkte strøm af smeltet masse til kølekappen.

De foran anførte apparater er sædvanligvis karakteriseret ved en "lukket" form ved, at flydende metal 30 står i direkte forbindelse med størkningsfronten.

Den afkølede form fødes sædvanligvis fra en tilstødende beholder, som er fyldt med smeltet masse. I modsætning til dette fødes den smeltede masse i et "åbent" formapparat sædvanligvis via et tilførselsrør direkte 5

DK 154331 B

1 til en form, hvor den afkøles meget hurtigt. Åbne formapparater bliver sædvanligvis benyttet ved støbning nedad af store stålbarrer af stål og af og til også aluminium, kobber eller messing. Aben formstøb-5 ning benyttes imidlertid ikke til at forme produkter med lille tværsnit, fordi det er meget vanskeligt at regulere niveauet af den smeltede masse og dermed også lokaliseringen af størkningsfronten.

10 Et problem, som rejser sig ved lukket formstøbning, er varmeudvidelsen i boringen i støbeformen ved begyndelsen af størkningen, den såkaldte "trompetmundingn.

Under sådanne forhold dannes der udvidelser af støbegodsets tværsnit, som kiles mod en snævrere del af 15 dysen. Den kileformede del kan knækkes af og danne en ubevægelig "skal". Skallerne kan enten bevirke, at strengen afbrydes eller kan blive liggende i dysen og frembringe overfladedefekter på støbegodset. Det er derfor vigtigt at opretholde dimensional jævnhed 20 eller ensformighed i dyseboringen inde i støbezonen.

I apparaterne ifølge USA patentskrifterne nr.

3.746.077 og nr. 3.872.913 styres disse problemer af en relativt flad temperaturgradient langs dysen, som delvis skyldes en beskeden afkølingshastighed 25 for generelt at frembringe en flad størkningsfront.

Med denne flade eller lille temperaturgradient kan der med relativt lav hastighed produceres støbegods med acceptabel kvalitet, sædvanligvis med en hastighed på 13 til 100 cm pr minut.

30

Et andet betydeligt problem ved støbning gennem en kølet form er kondensdannelser af metaldampe. Kondensdannelsen er specielt til besvær ved støbning af messing, som indeholder zink, eller af andre legerin- 6

DK 154331 B

1 ger, som indeholder elementer, som koger ved temperaturer, som ligger under smeltetemperaturen for legeringen. Zinkdamp trænger let gennem de materialer, som sædvanligvis benyttes til fremstilling af støbe-5 forme og også gennem de sædvanlige isolationsmaterialer, og dampen kan kondensere til flydende fase i kritiske områder. Flydende zink på formen nær størkningsfronten kan koge ved overfladen af støbegodset, og dette kan føre til en af gassen betinget overflade-10 defekt. På grund af disse problemer kan der med den nuværende støbeteknik og støbeapparat ikke foretages kommerciel produktion af messingstrenge med stor hastighed og med god rvalitet.

15 Det er også af stor vigtighed, på hvilken måde støbegodset trækkes igennem den afkølede form i støbeprocessen. En periodevis proces med et fremtrækkende slag fulgt af en hvileperiode benyttes kommercielt i forbindelse med den formenhed, som er beskrevet 20 i det foran nævnte USA patentskrift nr. 3.872.913.

USA patentskriftet nr. 3.908.747 omhandler et styret returslag for at forme støbegodshuden, hindre afbrydelse af støbegodset og kompensere for sammentrækningen af støbegodset inde i formen efterhånden som 25 det afkøles. Engelsk patentskrift nr. 1.087026 omhandler også et reverseringsslag for delvis gensmeltning af støbegodset. USA patentskrift nr. 3.354.936 omhandler en proces med et relativt langt frem trækkende slag, fulgt af perioder, hvor støbebevægelsen er 30 stoppet og reverseres i et relativt kort slag. Denne proces benyttes ved støbning nedad af store barrer for derved at hindre invers segregation-. I alle disse apparater er imidlertid slaghastighederne og den gennemsnitlige støbehastighed meget lav. I apparatet 7

DK 154331 B

1 ifølge USA patentskriftet nr. 3.354.936 er for eksempel det fremførende slag af tre til tyve sekunders varighed, og returslaget er af et sekunds varighed, og gennemsnitlig støbehastighed er 33 til 38 cm pr 5 minut.

Det er kendt at oscillere en kontinuerlig støbeform for at frembringe en afstrygningsvirkning, som letter bevægelsen af den netop støbte stang gennem dysen, 10 og når fremføringshastigheden af dysen under en del af perioden er større end for den stang, som bliver støbt, er det meget vigtigt at hindre, at spændingen danner revner i den størknende hud. Idet der fremkommer støbeslag ved form-oscilleringer, kan stangen 15 desuden trækkes ud af dysen med konstant hastighed, og derved bliver yderligere operationer efter støbningen enklere, for eksempel omformning af stangen til et bånd.

20 Det er formålet med opfindelsen at tilvejebringe en fremgangsmåde til kontinuerlig støbning af metalstrenge i høj kvalitet, og især strenge af kobber og kobberlegeringer inkluderet messing, ved produktionshastigheder, der er mange gange større end de, 25 der tidligere er opnået med lukkede formapparater.

Dette opnås ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, som er særegen ved, at den størknede streng trækkes ud fra smeltemassen med en konstant hastighed, og 30 at dysen bringes til at oscillere i en retning, der er parallel med strengens fremføringsretning, henholdsvis ved et apparat ifølge opfindelsen, der er særegnet ved, at apparatet har midler til at kunne oscillere dysen i en retning, der er parallel med 8 -

DK 154331 B

1 fremføringsretningen af strengen i et mønster af fremad- og bagudrettede slag, idet midlerne til udtrækning af den størknede streng trækker denne ud fra smeltemassen med konstant hastighed.

5

Herved opnås, at man med en kølet formsammenstilling til støbning opad med formsamraenstillingen oscillerende og nedsænket i den smeltede masse kan frembringe en stejl temperaturgradient langs en støbeform, især 10 ved den laveste ende af størkningszonen, uden dannelse af skaller eller tab af dimensional ensartethed i støbezonen, hvor det muliggøres at fremstille strenge af høj kvalitet ve usædvanligt høje hastigheder i forhold til de hastxgheder, der kendes fra tidligere 15 kendte apparater, idet der tillige tilvejebringes en formsammenstilling, som er forbundet med relativt lave fremstillingsomkostninger, som er enkel at betjene, og som er holdbar.

20 Underkravene angiver fremgangsmåder henholdsvis midler, hvis hensigtsmæssighed i forbindelse med det, der er anført i den kendetegnende del af krav 1 og 7, vil fremgå af den efterfølgende detaljerede beskrivelse, hvori fremgangsmåden og apparatet ifølge opfin-25 delsen forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et forenklet perspektivrids af en strengfremstillingsindretning, der 30 anvender fremgangsmåder og oscillerende formsammenstillinger ifølge opfindelsen; fig. 2 viser et snit delvis set fra siden af den oscillerende form og af bærekon- 9

DK 154331 B

1 struktionen ifølge opfindelsen i forbin delse med en smelteovn, som indeholder en smeltet masse; 5 fig. 3 viser et perspektivrids af konstruktio nen, som oppebærer den oscillerende form; fig. 4 viser et afgrænset snit af bæremanifold-10 forlængelsen og formen i konstruktionen ifølge fig. 2; fig. 5 viser et forstørret rids af konstruktionens kølelegeme og form som vist i 15 fig* 4; fig. 6 viser kølelegemet ifølge fig. 5 i et øvre planrids; 20 fig. 7-9 viser diagrammer af formens stilling i en smeltemasse på forskellige trin af formens oscillering; fig. 10 viser et forenklet lodret snit, hvor 25 støbeovnen ifølge fig. 1 er vist i sin nedre og øvre yderstilling i forhold til formsammenstillingerne; fig. 11 og 12 30 viser forenklede lodrette snit af alter native mekanismer til styring af dysens udvidelse under støbezonen; fig. 13 viser et perspektivrids af vognen, 10

DK 154331 B

1 der oppebærer en oscillerende form; fig. 14 viser et separat planrids over konstruktionen i fig. 2's vognkonstruktion 5 til støtte og forflytning af den oscil lerende form# og fig. 15 viser et lodret snit set fra siden af vognkonstruktionen ifølge fig. 14.

10

Fig. 1 viser en hensigtsmæssig indretning til kontinuerlig fremstilling af metalstrenge i ubestemte længder ved at støbe strenc ne opad gennem afkølede forme ifølge nærværende opfindelse. Fire strenge 12 støbes 15 samtidig af en smeltemas se, der ligger i en støbeovn 16. Strengene, der kan have forskellige tværsnitsformer såsom kvadratisk eller rektangulær, samt forskellige diametre, beskrives i det efterfølgende som stænger, idet de i det væsentlige har et rundt tvær-20 snit med en diameter på mellem 6 og 51 mm.

Under henvisning til fig. 1 støbes strengene 12 i fire kølede formsammenstillinger 18, der er anbragt på fire lodret bevægelige vognkonstruktioner 20.

25 En udtrækningsmaskine 22 trækker med en konstant hastighed strengene gennem formsammenstillingerne og leder dem til et par bånd 24, 24', der leder strengene til fire spoleviklere 26 af hældetypen, hvor strengene samles til spoler. Hvert bånd 24 er hult, 30 således at det kan lede køleluft, der tilføres gennem kanalerne 28 langs båndets længde.

Smeltemassen fremstilles i en eller flere smelteovne (ikke vist) eller i en kombineret smelte- og opbeva- 11

DK 154331 B

1 ringsovn (ikke vist). Selv om denne opfindelse er hensigtsmæssig til fremstilling af kontinuerlige strenge, der er udformet af forskellige metaller og legeringer, er den især frembragt med henblik 5 på fremstilling af strenge af kobberlegeringer, især messing. En støbeske 3o, der er ophængt i en overliggende kran (ikke vist), overfører smeltemassen fra smelteovnene til støbeovnen 16. Støbeskeen er fortrinsvis af tepottetypen med en tud, der forsyner 10 smeltemassen med et minimum af fremmedmateriale såsom slagger og skum. Por at gøre overførslen lettere er støbeskeen drejeligt anbragt i en vugge 32 på en støbeplatform 34. En keramisk øse 36 leder smeltemassen fra støbeskeen 30 til det indre af støbeovnen 15 16. Udgangsenden af øsen 36 er anbragt nedenfor støbe ovnsdækslet og på et sted i afstand fra formsammenstillingerne 18. Ved kontinuerlig produktion, i modsætninger til satsstøbning, tilsættes yderligere smeltemasse støbeovnen, når den er omtrent halvt 20 fuld, for at blande smeltemassen både kemisk og termisk.

Støbeovnen er monteret på en hydraulisk transportvogn 38 af saksetypen, og hvor vognen omfatter et sæt 25 belastningselementer 38a (fig. 10), som optager vægten af støbeovnen og indeholdet i denne. Udgangssignaler fra belastningselementerne 38a benyttes til at regulere niveauet i ovnen, og dermed bliver det muligt automatisk at styre niveauet af den smeltede masse 30 i forhold til kølelegemet. Som det bedst ses af fig.

10, er støbeovnen bevægelig mellem en nedre yderstilling, hvor formsammenstillingerne 18 ligger over det øvre niveau af den smeltede masse 14, når støbeovnen er fyldt, og en øvre yderstilling (vist med 12

DK 154331 B

1 stiplet linie)/ hvor formsammenstillingerne ligger nær bunden af støbeovnen. Højden på støbeovnen bliver kontinuerligt justeret under støbningen for at opretholde den valgte neddykningsdybde af formsammensti1-5 lingerne 18 i smeltemassen. I den nedsænkede stilling er der adgang til formsammenstillingerne for udskiftninger eller vedligeholdelse, efter at vognen er rullet ud af banen.

10 Det skal bemærkes, at poduktionsudstyret sædvanligvis omfatter hjælpeudstyr til niveauregulering såsom sonder og pontoner og periodisk manuel måling med en nedsænket tråd. Oisse eller andre kendte niveaumålings- og reguleri gssystemer kan også benyttes i 15 stedet for belastningselementerne som det primære system. Selv om denne opfindelse er beskrevet med henvisning til stationære formsammenstillinger og en bevægelig støbeovn, kan der også benyttes andre indretninger. Ovnen kan holdes på samme niveau, og 20 den smeltede masse kan tilføres periodisk eller kontinuerligt for at opretholde det samme niveau. En anden mulighed består i en meget stor neddykning, således at niveaureguleringen ikke er nødvendig. En betydelig fordel ved den foreliggende opfindelse er, at den 25 muliggør denne dybe neddykning. Hver af disse indretninger har fordele og ulemper, som for fagfolk inden for området er lette at se.

Støbeovnen 16 er en 96,5 cm kærneløs induktionsovn 30 med en stampet aluminium-oxyd-foring, som opvarmes af en krafttilførsel. En ovn af denne størrelse og type kan indeholde omtrent 5 tons smeltemasse. Ovnen 16 har en hældetud 16a, der leder til en overfyldnings- og udhældningsstøbeske 42 (fig. 10).

13

DK 154331 B

1 Som det videre fremgår af fig. 1, har udtrækningsma-skinen 22 fire parvis modsatte klemruller 44, der hver for sig gnider mod og går i indgreb med en af strengene 12. Klemrullerne 44 er fastgjort på en 5 fælles aksel, der drives af en servo-styret, omstilbar, hydraulisk motor 46. En almindelig hydraulisk pumpeenhed med indstilleligt volumen og konstant tryk, der kan være op til 211 kp/cm^, driver motoren 46. En almindelig elektronisk programmeringsindretning 10 (ikke vist) frembringer et program med signaler, der styrer motorens 46 arbejde gennem et almindelig kendt servosystem. Programmet omfatter en programmeret startfaserutine, der gradvist sætter udtrækningsha stigheden op. Drivrullerne 44 kan frakobles individu-15 elt fra en valgt streng 12, uden at fremføringen af de andre strenge afbrydes.

Som det fremgår af fig. 2 nedsænkes en formsammenstilling 18 i en smeltemasse 14 i en ovn 16. Fig. 2 viser 20 en beskyttelseskonus 48, som smelter bort, efter at sammenstillingen 18 er blevet neddykket i smeltemassen 14. Beskyttelseskonussen 48 bliver sædvanligvis fremstillet af kobber, og det tager mindre end et minut at smelte den fuldstændig bort. Formålet med 25 den beskyttende konus er at hindre, at skum og andre forureninger kommer ind i dysen 112 under neddykningen. Når sammenstillingen er neddykket i den smeltede masse, og konussen er opløst, trækkes smeltet metal gennem sammenstillingen 18. I begyndelsen påbegyndes 30 processen ved, at en massiv startstang (med en bolt i enden) indføres gennem dysen 112 fra den øvre del af sammenstillingen ind i smeltemassen. Smeltet metal størkner på bolten, og når stangen trækkes gennem dysen 112, vil det smeltede metal følge efter og 14 '

DK 154331 B

1 størkne på vejen. Efter at en størknet stang eller streng 12 er blevet indført mellem klemruller 44, vil startstangen (med en lille del af strengen 12) blive skåret fra resten af strengen 12. Efter at 5 være blevet udformet af smeltemassen 14 bliver strengen 12 kontinuerligt trukket ud ved en konstant hastighed af et eller flere par klemruller 44. På denne måde bevæger strengen 12 sig kontinuerligt væk fra smeltemassen med en konstant hastighed på normalt 10 51-102 cm/min. i pilens 52 retning. Medens strengen 12 bevæger sig fremad, svinger hele sammenstillingen 18 i lodret retning. I grunden er sammenstillingen 18 forbundet med e? vognkonstruktion 20 til styring af oscilleringen.

15

Efterhånden som den kokilstøbte formsammenstilling 18 svinger, bliver den afkølet ved hjælp af et kølemiddel, der gennem fleksible rør 56 overføres til en manifold 54, som er monteret på vognkonstruktionen 20 20. Køletilførselssystemet er detaljeret beskrevet i forbindelse med fig. 3 og 4.

Det understreges, at selv om fremstillingsindretningen ifølge fig. 1 benytter fire uafhængigt oscillerende 25 formsammenstillinger 18 til at fremstille fire strenge 12, kan der benyttes et hvilket som helst andet antal formsammenstillinger anbragt efter hinanden, alt efter de specielle produktionskrav.

30 Da formsammenstillingen 18 oscillerer under støbeprocessen, udvikles der store, dynamiske belastninger, der må modvirkes af den bærende konstruktion. Overbygningen, der modstår disse belastninger med en minimal nedbøjning, skal nu beskrives detaljeret i forbindelse

DK 154331 B

é 15 1 med fig. 2 og 3. Som det fremgår først af fig. 3, er hele den bærende konstruktion en stiv stålkasse.

De lodrette belastninger bæres af de søjlelignende byggeelementer 58/ 60/ 62 og 64/ der er I-bjælker 5 af stål. Søjleelementerne 58, 60, 62 og 64 holdes sammen af de vandrette I-bjælker 66, 68, 70 og 72 af stål. De vandrette elementer 66, 68, 70, 72 og 74 er fortrinsvis svejset til søjleelementerne 58, 60, 62 og 64. De vandrette I-bjælker 66, 68 og 70 10 er anbragt således, at flangernes forsider forløber lodret for at yde maksimal stivhed mod de ved oscille-ringen udviklede belastninger. Bjælkerne 72 og 74 er endvidere afstivet hver med vinkelstykker 72a og 74a, der er svejset til bjælkerne. Bjælkerne 66 15 og 70 er afstivede i lodret retning ved hjælp af krydsbjælker 75, 76, 78 og 80, der ligeledes er fremstillet af stål. Stålbjælker 82 og 84 styrker kon struktionen yderligere i bunden.

20 Vognkonstruktionen er monteret på vinkelstykker 72a og 74a, der helt bærer vognen gennem de vandrette I-bjælker 72 og 74. Vognbelastningsbanerne er ført fremt til rammefundamentet gennem bjælkerne 86, 88, 78, 80, 75 og 76. I-bjælkerne 89 og 90 af stål er 25 svejset mellem de vandrette bjælker 68 og 72. Disse bjælker 89 og 90 bærer den oscillerende vogn, der bærer overbygningen, der igen omfatter vertikale I-bjælker 91 og 92 'og horisontale I-bjælker 93, 94 og 95. Bjælkerne 93 og 95 er svejset til I-bjælken 30 74, der forbinder søjlebjælkerne 60 og 64 i disses øvre del. Konstruktionen er gjort stivere ved hjælp af de afstivende stålbjælker 86 og 88.

Vognkonstruktionen 20 (fig. 2) er vist mere detaljeret 16

DK 154331 B

1 på fig. 13. Denne konstruktion 20 er opbygget af vinkelplader 201 og 202 af stål og er svejset til bundpladen 203 og bagpladen 205. En topplade 207 er svejset til ' bagpladen 205 og vinkelpladerne 201 5 og 202 i den færdige konstruktion. Pladerne 201 og 202# som er cirka 25 mm tykke* er gjort lettere# idet der er udtaget huller henholdsvis 209 og 210.

Vognkonstruktionen 20 bærer manifolden 54 (fig. 2)# 10 idet der er ført bolte gennem bolthuller 211a (fig.

14)* som omgiver et hul 213 i bundpladen 203. Hullet 213 gør det muligt at føre den støbte streng opad på dens vej mod kle rullerne 44 (fig. 2).

15 Der hevises nu til fig. 13 og 14# hvor vognkonstruktionen bliver tvunget til at bevæge sig i lodret-retningen på skinner 215. Disse skinner 215 ligger i en afstand fra vinkelpladerne 201 og 202 med mellemeller afstandsstykker 217. Skinnerne 215 og mellem-20 eller afstandsstykkerne 217 er boltet og fastnaglet til vinkelpladerne 201 og 202.

Skinnerne 215 har skråkanter# der er tilpasset til nøjagtigt indgreb med skråtskårne løberuller 219 25 (fig. 14). Rullerne 219 er boltet til den konstruktive sammenstilling 221. Den konstruktive sammenstilling 221 omfatter de svejsede kassekonstruktioner 223 for at give øget stivhed. Den konstruktive sammenstilling 221 er boltet fast til den ovenfor med henvisning 30 til fig. 3 beskrevne overbygning.

Under henvisning til fig. 14 og 15 bæres vognkonstruktionen 20 til oscillering i den lodrette retning af en hydraulisk cylinder 225. Stemplet inde i den » i 17

DK 154331 B

1 hydrauliske cylinder 225 er fæstet til toppladen i vognkonstruktionen 20 ved hjælp af en gaffel 227.

Den hydrauliske cylinder 225 styres af servoventilen 229 gennem manifoldblokken 231.

5

Den hydrauliske cylinder 225 er i sig selv oppebåret af arme 233 (fig. 14)/ der er boltet til den strukturelle sammenstilling 221. Servoventilen 229 styres af en datamaskine (ikke vist)/ som styrer de relative 10 bevægelser mellem stangen og formen/ således at der opnås en rigtig størkning af den støbte stang. Denne formoscillering vil specielt frembringe den samme effekt/ som når selve stangen eller strengen 12 påvirkes af et frem- og tilbagegående slag.

15

Fig. 7-9 skal vise virkningen af formoscilleringen på støbehudsdannelsen og skal nærmere at forklare udtrykkene "frem- og tilbagegående slag". Fig. 7 viser formsammenstillingen 18 ved dens laveste stil-20 ling i smeltemassen 14. På dette tidspunkt vil formsammenstillingen netop være ved at begynde sin acceleration i opadretningen/ således som det er antydet med den lille pil 41. På dette tidspunkt vil hastigheden for strengens opadgående bevægelse være større 25 end opad- eller fremadhastigheden for formen. Det skal bemærkes/ at størkningshuden 12a på strengen 12 er meget tynd. Fig. 8 viser formsammenstillingen 10 cirka midtvejs i sin bevægelse op og ned i den smeltede masse. På det tidspunkt/ hvor formsammenstil-30 lingen har nået midterstillingen/ er dens hastighed større end hastigheden opad for strengen. Dette skyldes, at formsammenstillingens acceleration i opadgående retning i de fleste tilfælde er cirka 2 g. Det skal på ny fremhæves, at strengens hastighed er kon- 18

DK 154331 B

1 stant, og at kun formsammenstillingens hastighed varierer. På fig. 8 har en størkningsfront 29 bevæget sig nært op til toppen af den smeltede masse. Huden 12a er blevet tykkere sammenlignet med huden på fig.

5 7.

Fig. 9 viser formen ved toppen af sin løbebane. I det specielle øjeblik, som er vist på fig. 9, er formhastighéden i opad- eller fremadgående retning 10 nul, og den er lige ved at begynde på turen tilbage og ned til den på fig. 7 viste stilling. Størkningshuden 12a er i denne stilling på sit tykkeste. Hastighederne i fremad- og t lbagegående retning er separat indstillelige i datamaskinen for at opnå den bedst 15 mulige overfladekvalitet og materialestruktur. Set på baggrund af fig. 7-9 skulle det være indlysende, at udtrykket "fremadgående slag" henviser til formsammenstillingens bevægelse bort fra den smeltede masse, medens udtrykket "tilbagegående slag" angiver formsam-20 menstillingens bevægelse videre ind i den smeltede masse.

Fig. 4 og 5 viser en foretrukken udførelsesform af formsammenstillingen 18 og anfører, hvorledes kølemid-25 del kontinuerligt tilledes dertil. Kølemiddel, fortrinsvis vand, indføres i manifolden 54 ved et indløb 100 og løber nedad gennem en ringformet kanal 101 i en manifoldforlængelseskonstruktion 102 og fortsætter ind i et kølelegeme 103 til afkøling af en form 30 104. Kølemidlet vender tilbage gennem en ringformet kanal 105 og ud af et udløb 106. Kanalerne 101 og 105 består af de ringformede mellemrum, som afgrænses af tre koncentriske rør 107, 108 og 109, samtlige af stål. Yderrøret 107 er ved en flange forbundet « 19

DK 154331 B

1 med manifolden 54. De to inderrør 108 og 109 glider ind i O-ring stopbøsninger 110 i manifolden 54. Ved denne udformning imødekommes dimensionsforandringer, der er forårsaget af stigende temperaturer.

5

Manifoldforlængelseskonstruktionens 102 koncentriske rørmønster tillader høje strømningshastigheder af kølemidlet i forening med en reduktion af tværsnitsfladen på sammenstillingen, der må oscillere i smelte-10 massen i støbeovnen. Det er vigtigt at mindske tværsnitsfladen for at begrænse den hydrodynamiske belastning på den oscillerende formsammenstilling.

Der henvises nu til den detaljerede fig. 5, hvor 15 en rørformet dyse 112 er omsluttet af kølelegemet 103. Dysen 112 har et nedre endestykke 112a, der rager ud over den nedre flade 103a af kølelegemet.

Dysens endestykke 112a og i det mindste en del af kølelegemet er nedsænket i smeltemassen 14 under 20 støbeprocessen. Kuprostatisk tryk tvinger flydende smeltemasse ind i dysen i retning mod kølelegemet.

I startfasen indføres en længde lige stang i dysen gennem en grafitstift og anbringes med sin nederste ende, der normalt er forbundet med en bolt, lidt 25 over en normal størknings- eller støbezone 114. Nedsænkningsdybden er valgt på en sådan måde, at den flydende smeltemasse når støbezonen 114, hvor smeltemassen, på grund af hurtig varmeoverførsel fra smeltemassen til kølelegemet, størkner, så den danner en 30 massiv støbning, uden at den løber forbi startstangen.

Den smeltemasse, der ligger nærmest dysen, afkøles hurtigere end den centralt anbragte smeltemasse, således at en ringformet "hud" dannes rundt om en flydende kærne. Skillefladen mellem flydende og massiv 20

DK 154331 B

1 masse danner en størkningsfront 114a tværs over støbezonen 114. Det er hensigtsmæssigt, at toppen af størkningsfronten. 114a altid befinder sig under smeltemassens 14 overflade. Da størkningen indledes i den 5 del af dysen 112, der er beklæddt på bagsiden med en isolerende bøsning 118, er størkningsfrontens beliggenhed godt afgrænset. Det er et hovedtræk ved opfindelsen, at støbezonen er ejendommelig ved en høj kølehastighed og en brat lodret temperaturgradient 10 ved den nedre ende, således at zonen strækker sig over en relativt lille længde af dysen 112. Disse træk er et resultat af, at smeltemassens størkning indledes i det omr le af dysen, der er udstyret med det isolerende emne eller- bøsningen 118.

15

Dysen 112 er udformet af et ildfast materiale, der i det væsentlige ikke reagerer med de metaldampe og andre dampe, der er til stede i støbeområdet, især ved temperaturer på over 109 0°C. Det normalt 20 anvendte materiale til dysen er grafit, men der er også opnået gode resultater med bornitrid. Især har en grafit, der markedsføres af Oco Graphite Company under varemærket DFP-3, udvist usædvanlig gode termiske egenskaber og holdbarhed. Uanset materialevalget 25 til dysen foretrækkes det, at den... før installationen udgasses i en vakuumovn for at fjerne flygtige stoffer, der kan reagere med smeltemassen og forårsage startsvigt eller frembringe overfladedefekter under støbeprocessen. Det omgivende vakuum hindrer også 30 oxidering af grafitten ved de høje udgasningstempera-turer, f.eks. 400°C i 90 minutter i et grovpumpeva-kuum. Af fagfolk inden for området vil det forstås, at de andre komponenter i formsammenstillingen også må befris for flygtige væsker, især for vand, før « 21

DK 154331 B

1 anvendelsen. Komponenter, som er fremstillet af det ildfaste materiale "Fiberfrax" (Carborundom Co.'s varebetegnelse for ildfast papirmateriale af alumi-niumsiliciumoxid) forbehandles ved opvarmning til 5 cirka 815°C, medens andre komponenter, f.eks. de der er udformet af siliciumoxid, normalt opvarmes til 177-204°C.

Dysen 112 er normalt rørformet med en ensartet indre 10 borediameter og en i det væsentlige ensartet vaegtyk-kelse. Dysens indre overflade er meget glat, så dån yder en lav friktionsmodstand til den aksiale eller langsgående støbebevægelse gennem dysen og reducerer slitage. Dysens ydre overflade, der ligeledes er 15 glat, er ved pres i kontakt med kølelegemets 103 omgivende indre overflade 103b under processen. Overfladen 103b hæmmer dysens radiale udvidelse på grund af varmevirkningen fra smeltemassen og støbningen og fremmer en meget effektiv varraeoverførsel fra 20 dysen til kølelegemet som følge af den resulterende tryk-kontakt.

Tilpasningen mellem dysen og kølelegemet er vigtig, eftersom en dårlig tilpasning, der efterlader åbnin-25 ger, stærkt begrænser varmeoverførsel fra dysen til kølelegemet. En stram tilpasning er også vigtig for at forhindre dysens langsgående bevægelse i forhold til kølelegemet på grund af friktionen eller "slæbevirkningen" mellem støbningen og dysen, efterhånden 30 som støbningen trækkes gennem dysen. På den anden side skal dysen hurtigt og bekvemt kunne flyttes fra kølelegemet, dersom det påføres skade eller bliver slidt. Det er blevet konstateret, at alle disse mål er blevet nået ved at bearbejde de indbyrdes modsva- 22

DK 154331 B

1 rende flader af dysen og kølelegemet til snævre tolerancer, som tillader en "glidetilpasning", d.v.s. en aksialrettet glidende indføring og fjernelse af dysen. Dimensionerne til udformning af dysen og den 5 modsvarende overflade 103b er valgt på en sådan måde, at den termiske udvidelse af dysen under støbeprocessen danner en stram tilpasning. Selv om materialet i dysen normalt har en meget lavere termisk udvidelseskoefficient (5 x 10*"6 in./in.°P) end kølelegemet 10 (10 x 10 “6 in./in.°F) er dysen meget varmere end kølelegemet, således at temperaturforskellen mere end opvejer forskellene i de termiske udvidelseskoefficienter. Dysens ge nemsnitstemperatur i støbezonen gennem vægtykkelsen antages at være ca. 538°C ved 15 en smeltemassetemperatur på 1093°C. Kølelegemet har omtrentlig samme temperatur, normalt 27-38°C, som det gennemstrømmende kølemiddel.

Mekanisk tvang benyttes for at holde dysen fast i 20 kølelegemet under drift ved lav hastighed eller ved opstilling, inden dysen er udvidet termisk af smeltemassen. Et enkelt låseemne såsom en skrue eller en låseplade har vist sig at være upraktisk, fordi emnet køles af kølelegemet og derfor kondenserer og opsamler 25 metaldampe. Sådanne metaldepoter kan skabe overfladedefekter i støbningen og/eller svejse låseemnet i dets stilling, hvilket i høj grad vil hindre udskiftning af dysen. Især er tilstedeværelse af zinkdampe i en støbeproces med messing særdeles besværlig.

30 En mulig løsning er at anbringe et lille fremspring eller forhøjning 103c på kølelegemets indre overflade 103b, for eksempel ved at indtrække en grat med en dyknagle. En lille tap 116 udformet på dysens ydre overflade, der går i indgreb med kølelegemets nedre

. DK 154331 B

23 1 flade 103a (eller nøjagtigere mod en "udvendig" isoleringsbøsning eller ring 118, der er anbragt i en udspring 103d, der er udformet i kølelegemets nedre ende), registrerer dysen til opstilling og vil yderli-5 gere modvirke eventuelle, irregulære og stærke kræfter, som kan forekomme for eksempel i startfasen.

Det bemærkes også, at ved at konstruere dysen i ét stykke undgås sammenføjninger, især sammenføjninger mellem forskellige materialer, hvilke kan opsamle 10 kondenserede dampe eller lede disse til andre overfladepartier. Endvidere kan en dyse i ét stykke også lettere udskiftes og fastholdes end en dyse i flere sektioner.

15 Af andre mulige indretninger til oprettelse af en hensigtsmæssig stramt tilpasset forbindelse mellem dysen og kølelegemet kan nævnes almindelig prestilpasning eller termisk tilpasning. Ved en prespasning benyttes et smøremiddel af molybdænsulfid på den 20 udvendige overflade for at mindske muligheden for brud på kølelegemet under prespasningsprocessen. Smøremidlet vil desuden fylde bearbejdningsridser i dysen. Ved den termiske pasning udvides kølelegemet ved opvarmning, dysen føres ind, og den snævre tilpas-25 ning etableres, efterhånden som sammenstillingen køler. Både prespasningen og den termiske pasning kræver imidlertid, at hele formsammenstillingen 18 flyttes fra kølevandsmanifolden, for at en dyse kan udskiftes. Det er klart, at dette er mere tidskræven-30 de, ubekvemt og kostbart end den lette pasning.

Selv om den foretrukne udførelsesform af opfindelsen benytter en dyse i ét stykke med en ensartet borediameter, er det også muligt at benytte en dyse med 24

DK 154331 B

1 en konisk eller trindelt indvendig overflade, der snævrer ind i den opadgående retning, eller en dyse i flere sektioner, der er udformet af to eller flere stykker, som er monteret ende mod ende. Det er ønske-5 ligt med en indsnævring opad for at udligne støbningens sammentrækning under afkølingen. Nær kontakt med støbningen over dysens fulde længde øger formsammenstillingens kølevirkning. Øget køling er vigtig, fordi den bidrager til at forebygge dannelse af et 10 centralt hulrum, der er forårsaget af en ukompenseret krympning af støbningens smeltede center.

For at nedbringe omkostningerne kan dysen tilvirkes med en modstående j onus på den udvendige overflade 15 i stedet for på den indvendige overflade af dysen, eller på kølelegemets indvendige overflade 103b.

Dysens termiske udvidelse i kølelegemet under støbningen fremkalder den ønskede, opadrettede koniske form af dysens meget glatte indre overflade. Dyser i flere 20 sektioner kan enten have den samme borediameter eller forskellige borediametre til frembringelse af en trindelt opadrettet indsnævring. For at undgå vanskelige metalafsætninger mellem dysens dele bør sammenføjningsstederne mellem sektionerne kun være ovenfor 25 støbezonen. Endvidere kan den øvre sektion eller sektionerne ovenfor støbezonen være prespasningsmonte-rede, da det er mest sandsynligt, at den nedre sektion bliver beskadiget og må udskiftes.

30 Til tydeliggørelse kan som eksempel nævnes en dyse, der er udformet i ét stykke af grafit af den såkaldte Poco-type, hvilken dyse er egnet til støbning af 19 mm stangmateriale og har en længde på ca. 273 mm og en ensartet vægtykkelse på ca. 3-5 mm. Vægtyk- 25

DK 154331 B

1 kelsen vil i almindelighed variere med støbningens diameter. Den del af dysen 112a/ der rager frem, har normalt en længde på 51 mm.

5 Kølelegemet 103 er stort set cylinderformet med en langsgående midteråbning, der afgrænses af inderfladen 103b. Det indre af kølelegemet har en kanal, generelt betegnet med 120, der cirkulerer kølevæsken, fortrinsvis vand, gennem kølelegemet. I den øvre ende af 10 kølelegemet er der anbragt et antal indløbsåbninger 120a og udløbsåbninger 120b til kølevandet. Som det bedst fremgår af fig. 6, er. disse åbninger anbragt i koncentriske cirkler med tilstrækkeligt mange åbninger til at give stor strømningsmængde, normalt ca.

15 8,3 liter pr. kg støbning pr. minut. Et par O-ringe 122 og 123, fortrinsvis udformet af slidstærk fluorelastomer, tætter manifoldforlængelseskonstruktionen 102 (se fig. 5) i væskeforbindelse med indløbs- og udløbsåbningerne. En monteringsflange 124 på kølelege-20 met har åbninger 124a, der modtager boltene (ikke vist) til sikring af formsammenstillingen til manifoldforlængelseskonstruktionen. Denne flange omfatter også et hul (ikke vist) til at udlede gasser fra det ringformede riam mellem kølelegemet og en isoleren-25 de hætte (se fig. 4) gennem et rør (ikke vist) i manifolden 54 til atmosfæren.

Kølelegemet består af fire hovedkomponenter: et indre legeme 126, et ydre legeme 128, en kappe-lukkering 30 130 og monteringsflangen 124. Det indre legeme er udformet af en legering, der har udmærkede varmeover-førselsegenskaber, god dimensionsstabilitet, og som er hård og slidstærk. Der foretrækkes en aldershærdet kobber som f.eks. legeringen betegnet med CDA 182.

26

DK 154331 B

1 Det ydre legeme 128, lukkeringen 130 og monteringsflangen 124 er fortrinsvis udformet af rustfrit stål og især "free machining" 303 rustfrit til ringen 130 og flangen 124, og 304 rustfrit til det ydre 5 legeme 128. Rustfrit stål er tilstrækkeligt modstandsdygtigt over for mekaniske belastninger, der har lignende termiske udvidelsesegenskaber som kromkobber, og det er meget bestandigt i støbemiljøet. Ved anvendelse af rustfrit stål overflødiggøres anvendelsen 10 af meget store stykker aldershærdet kobber, hvorved fremstillingen af kølelegemet forenkles.

Det indre legeme er remstillet af en enkelt cylinderformet barre af hel (brudfri) kromkobber. Foruden 15 fordelene i forbindelse med omkostninger og driftssikkerhed er den sammensatte kølelegemekonstruktion bestemt af vanskeligheden ved at fremstille en hel barre af kromkobber, der er stor nok til at danne hele kølelegemet. Langsgående huller 120c er indboret 20 dybt i det indre legeme for at danne indløbene 120a.

Hullerne 120c strækker sig i det mindste til støbezonen og fortrinsvis noget længere, som det er vist på fig. 5. Tværgående huller 120d er boret i bunden af de langsgående huller 120c. De øvre og nedre ender 25 af det indre legeme er gevindskårne ved 126a og 126b, således at de kan optage henholdsvis monteringsflangen 124 og lukkeringen 130 til at styrke konstruktionen. Lukkeringen har en indvendig opadrettet udsparing 130a, der støder op til et modsvarende trin, der 30 er anbragt på det indre legeme for at øge styrken i lodsammenføjningen, for at bremse strømmen af kølevand ind i sammenføjningen og for at rette ringen ind efter det indre legeme. En ydre opadrettet udsparing 130b befinder sig i væsketæt forbindelse med 27

DK 154331 B

1 den nedre ende af det ydre legeme 128.

Da gevindsamlingen ved 126b vil lække/ hvis den ikke er lukket godt til/ og da den skal kunne modstå opløs-5 nings- og ældningsprocessen af blødgjorte kølelegeme-boringer, er sammenføjningen også kobber/guld-loddet.

Selv om kobber/guld-lodding er en almindelig kendt teknik/ yder den følgende fremgangsmåde en pålidelig sammenføjning/ der vil bestå i støbemiljøet. Først 10 kobberpletteres de modsvarende flader af lukkeringen og det indre legeme. Pladebeklædningen er fortrinsvis 0/025 til 0/051 mm tyk og bør også omfatte gevindene, udsparingen 130a og noten 130c. Derefter påføres loddematerialet ved, at en tråd af materialet vikles 15 rundt om det indre legeme i et loddespor 126c oven for gevindene og i noten 130c oven på lukkeringen 130. Der anbefales to vindinger med en tråd, der består af tres procent kobber og fyrre procent guld og med en diameter på 1,59 mm i loddesporet 126c 20 og tre vindinger i noten 130c. En loddepasfa af samme legering påsmøres derefter de indbyrdes modsvarende flader. Lukkeringen skrues stramt til det "indre legeme, og sammenstillingen anbringes i en ovn med den loddede ende nedad og fortrinsvis hvilende på et 25 støttelag af ildfast aluminiumsiliciumoxid-papirmate-riale, for eksempel det ovennævnte Fiberfrax. Lodde-temperaturen måles ved hjælp af et termoelement,· der hviler på bunden af et af de langsgående huller 120c. Ovnen opvarmer sammenstillingen til «η tempera-30 tur, der ligger lige under loddelegeringens smeltepunkt, i et kortere tidsrum, f.eks. til mellem 960 og 977°C i ti minutter. Atmosfæren i ovnen er beskyttet (inert eller vakuum) for at hindre oxydering. Sammenstillingen opvarmes derefter hurtigt til en 28

DK 154331 B

1 temperatur, der gør loddelegeringen flydende (1016— 1038°C) og bliver umiddelbart derefter afkølet til værelsestemperatur, også denne gang i en beskyttet atmosfære. Opløsningsbehandling af kromkobberet gen-5 nemføres bedst på et separat andet trin i processen, ved at delen opvarmes til 932-954°C i 15 minutter i en beskyttet atmosfære med en efterfølgende hurtig væskeafkøling.

10 Efter at lukkeringen er forbundet med det indre legeme, omfatter den resterende sammenstilling af kølelegemet TIG-sve jsning i rustfrit stål type 304 til type 303 under anvendelse af stangtype 308, efter at delene er forvarmet til 204°C. Det stort set cylin-15 derformede ydre legeme er ved 134 svejset til lukkeringen. Den øvre ende af det ydre legeme har en indre udsparing 128a, der passer til monteringsflangen 124 lige uden for vandudløbsåbningerne 120b. En svejsning 136 føjer disse dele sammen. Lukkeringen og 20 monteringsflangen anbringer det ydre legeme i en afstand fra det indre legeme, så der af grænses en ringformet vandcirkulerende kanal 120e, der strækker sig mellem de tværgående huller 12Od og udløbsåbningerne 120b. En skrueformet afstandsbøsning 138 er 25 fastgjort i kanalen 120e for at danne en hvirvlende vandstrøm, der vil fremme en mere ensartet og effektiv varmeoverførsel til vandet. Afstandsbøsningen er fortrinsvis udformet af en kobberstang på 6,35 mm. Bøsningsrøret er planfilet ved punkterne 138a for 30 at give plads til låseklemmer 140, der er fastgjort til det indre legeme. En kombineret ældnings-(hærdnings-) behandling af kromkobberet og spændingsaflastning af det svejsede rustfri stål gennemføres ved en temperatur på 482°C i mindst to timer i en beskyt- 29

DK 154331 B

1 tet atmosfære. Kølelegemet bliver derefter bearbejdet og lækageprøvet.

Kun for tydelighedens skyld kan nævnes et eksempel, 5 hvor kølevand ledes gennem indløbene 120a, hullerne 120c og 120d og den spiralformede gennemstrømningsbane, der afgrænses af kanalen 120e og afstandsbøsningen 138 til udløbene 120b. Vandet har normalt en temperatur på 26,6°-32,2°C ved indløbet og varmes normalt 10 3,30-6,6°C op under dets kredsløb gennem kølelegemet.

Vandet strømmer normalt med en mængde på ca. 8,3 liter pr. kg størknet streng i støbezonen ;pr. minut.

En normal strømningshastighed er 95 liter pr. minut.

Den rigtige vandtemperatur er begrænset ved den nedre 15 ende ved kondensering af vanddamp. På fugtige dage kan kondenseringen indtræffe ved 21°C eller lavere temperatur, men normalt ikke ved temperatur over 27°C. Vandtemperaturer, der overstiger 49°C, foretrækkes normalt ikke. Det skal bemærkes, at indløbs-20 og udløbshullerne kan reverseres; d.v.s. vandet kan tilledes den ydre ring med huller 120b og trækkes fra den indre ring med huller 120a uden nogen væsentlig reduktion i kølelegemets kølekapacitet. Afstanden mellem dysen og det indvendige sæt med huller er 25 imidlertid en faktor, som påvirker effektiviteten af varmeoverførsien fra støbningen til vandet. Ved en 19 mm streng 12 er afstanden normalt ca. 16 mm.

Dette gør det muligt at udbore det indvendige legeme 126 til at støbe en 25 mm streng og optage en hen-30 sigtsmæssigt dimensioneret udvendig isolator 118.

I hovedtræk vil den ovennævnte formsammenstilling give en kølehastighed, der er høj i sammenligning med de almindelig kendte vandkappekølere til kokil-støbt formstøbning i lukkede systemer.

30

DK 154331 B

1 En anden vigtig egenskab ved nærværende opfindelse er den udvendige isoleringsbøsning 118, der sikrer, at dysen er dimensionalt ensartet i støbezonen og forhindrer en udsædvanlig stor udadrettet udvidelse 5 (trompetmunding) af dysen under zonen, der kan medføre afbrydelser i støbningen, startvanskeligheder eller overfladedefekter. Bøsningen 118 er også vigtig ved, at den skaber en brat aksial temperaturgradient i dysen umiddelbart under støbezonen. Uden bøsningen 10 118 ville der f.eks. være skarp temperaturgradient ved dysens indgang til kølelegemet, hvilket ville få det nederste stykke 112a af dysen til at danne en trompetformet støbehud. Det udvidede stykke kan ikke trækkes forbi støbezonen ind i kølelegemet.

15 Det sidder fast, brækker løs fra støbningen og kan forblive på plads, efterhånden som støbningen fortsæt ter. Et sådant fastkilet stykke kan forårsage dårlig overfladekvalitet eller brud på strengen. Bøsningen 118 afhjælper dette problem ved mekanisk at begrænse 20 dysens udvendige udvidelse umiddelbart under støbezonen 114. Den isolerer også i høj grad dysen mod køle-legemt og skaber en blid termisk gradient i dysen over det område, der strækker sig fra den nedre kølelegemesflade 103a til noget under den nedre kant 25 af støbezonen 114.

Bøsningen 118 er udformet af et ildfast materiale, der har en- relativt lav varmeudvidelseskoefficient, en relativt lav porøsitet og en god varmechoksbestan-30 dighed. Den lave varmeudvidelseskoefficient begrænser de udadrettede radialt tryk fra bøsningen mod kølelegemet og vil, sammen med kølelegemet, tvinge grafitten til at opretholde en i det væsentlige ensartet indre diameter i dysen. Den lave varmeudvidelseskoefficient 31

DK 154331 B

1 gør det også muligt let at fjerne bøsningen 118 fra kølelegemet ved en jævn opvarmning af sammenstillingen til 120°C. Et egnet materiale til bøsningen er støbt siliciumoxidglas (S1O2)/ som kan bearbejdes med maski-5 ne.

Bøsningen 118 strækker sig i lodret retning fra en nedre endeflade 118a, der er i flugt med 'den nedre flade 103a på kølelegemet og en øvre endeflade 118b 10 lidt over den nedre kant af støbezonen. Ved fremstilling af en 19 mm messingstang har en bøsning med en vægtykkelse på ca. 6,4 mm og en længde på 35 mm givet tilfredsstillende resultater.

15 I praksis er det blevet konstateret, at rmetaldampe trænger ind mellem den i©dre isoleringsbøsning 118 og kølelegemets skulderboring 103d, forttættes og fæstner ringen til kølelegemet, hvorved det bliver vanskeligt at demontere det. Et tyndt mellemlag af 20 stålfolie 142, der er anbragt mellem ringen og skulderboringen, løser dette problem. Bøsningen oog mellemlaget holdes fast i skulderboringen ved hjælp af en særlig termisk pasning, d.v.s. en pasning, der gør en sammenstilling og demontering let, nar bøsnin-25 gen og kølelegemet bliver opvarmet til 204°C.

Pig. 11 og 12 viser alternative indretninger, der vil sikre, at støbningen finder sted i en dimensionsmæssigt ensartet del af dysen, og som kan styre dysens 30 udvidelse under støbezonen. Pig. 11 viser en dyse 112', der er identisk med dysen 112 med .undtagelse af, at den del 112a, der rager frem forneden, har en på den indvendige flade udformet spids, der udvider sig i opadgående retning. Tilspidsningsgraden er 32

DK 154331 B

1 således valgt, at der opnås en stort set ensartet borediameter, når dysedelen udvider sig i smeltemassen. Denne løsning er imidlertid vanskelig at fremstille. Ikke desto mindre er det i praksis nødvendigt 5 at anvende bøsningen 118 (vist med stiplet linie) såvel som dysen 112' for at opnå de høje produktionshastigheder og gode støbekvaliteter, som er kendetegnende for denne opfindelse.

10 Fig. 12 viser "det indvendige" af isolator 144, der glidende indføres i en dyse 112", der er identisk med dysen 112 med undtagelse af, at den ender i flugt med kølelegemets flade 103a. Den indvendige isolator 144 er udformet af ildfast materiale, der ikke reage-15 rer med det smeltede metal, og som har en relativt lav termisk udvidelse, således at den ikke vil deformere kølelegemet. Den nedre ende af isolatoren 144 strækker sig lidt ud over den nedre ende af dysen 112" og kølelegemet, idet den ”har en udvidet yderdia-20 meter, der danner en tap 144' med en lignende funktion som tappen 116 på dysen 112. Den øvre ende bør anbringes i nærheden af den nedre ende af støbe zonen, normalt ca. 13 mm under overkanten af bøsningen 118.

Hvis den øvre ende strækker sig for højt op i forhold 25 til den udvendige isolator, vil strengen støbes imod isolatoren og efterlade fordybninger i strengen. Boredimensionerne i den indvendige isolator er også vigtige, især i startfasen, under en pause eller ved nedsat fart, fordi smeltemassen begynder at størk-30 ne på den indvendige isolator 144. For at undgå afbrydelser i støbningen må den indvendige flade af isolatoren 144 være glat og tilspidset med udvidelse i opadgående retning. Som ved dysen 112* anvendes den udvendige isolator eller bøsning 118 i forbindelse 33

DK 154331 B

1 med den indvendige isolator 144 for at formindske de førnævnte vanskeligheder.

Som det videre fremgår af fig. 4, omgiver en keramisk 5 hætte 146 kølelegemet 103 og manifoldforlængelseskonstruktionen 102 for termisk at isolere dem mod den smeltede metalmasse/ således at kølelegemet kan udføre sin kølefunktion af formen, så der kan foregå en størkning af stangen. Hætten 146 er udformet af et 10 egnet ildfast materiale, f.eks. støbt sirliciumoxid.

Hætten 146 er fæstet til manifolden 54 ved hjælp af en ring 148, der er fjederbelastet mod manifolden 54 af en fjeder 149. På grund af denne fæstemåde af hætten 146 trækkes den tæt an mod kølelegemet 15 103, samtidig med, at der kompenseres for edimensions ændringer, som skyldes forskellig termisk udvidelse.

Fjederen 149 er forbelastet til at frembringe en total kraft, der er større end den største G-belast-ning, som kan opstå under oscilieringen, og derved 20 opnås der god aftætning mellem hætten 146 og kølelege met 103. Hætten muliggør en neddykning af formsammen-- stillingen i smeltemassen til en hvilken som helst forudvalgt dybde. Selv om nedsænkning til et niveau under støbezonen er praktisk, er den ekstremt høje 25 produktionshastighed, som er kendetegnende for opfindelsen, til dels et resultat af en forholdsvis dyb nedsænkning, i det mindste til niveau med :støbezonen.

En fordel ved denne dybe nedsænkning er, at den letter tilførslen af smeltemassen til den flydende kærne 30 i støbningen i støbezonen.

Et dampskjold 150 og pakninger 151 (se også fig.

5) er anbragt i spalten mellem hætten og kølelegemet, så de grænser op til dysen for at hindre smeltemassen 34

DK 154331 B

1 og dampene i at komme ind i spalten og for yderligere at varmeisolere kølelegemet. Pakningerne er fortrinsvis tre eller fire ringformede lag eller '’vaniljekranse" af det førnævnte ildfaste Fiberfrax fibermateria-5 le, medens dampskjoldet fortrinsvis består af en "vaniljekrans” af molydænfolie, som er indskudt mellem pakningerne 151. Skjoldet 150 og pakningerne 151 strækker sig fra dysens forlængelse 112a til kølelegemets ydre omkredsflade. Den samlede tykkelse, normalt 10 6,4 mm, er tilstrækkelig til, at disse lag kan gå i fast indgreb med kølelegemets flade 103a og hættens 146 endeflade.

I en typisk arbejdsgang er støbeovnen 16 fyldt med 15 en smeltet legering. En stiv stang af rustfrit stål benyttes til at sætte støbningen i gang. En stålbolt skrues ind i stangens nedre ende. Stangen har de samme mål som den stang, der skal støbes, f.eks. en stang med en diameter på 19 mm, således at stangen 20 kan føres ned gennem formsammenstillingen og kan gå i indgreb med udtrækningsmaskinen 22.

Når formsammenstillingen nedsænkes i smeltemassen, dækker en konus af et materiale, fortrinsvis massiv 25 grafit, der ikke forurener den masse, der skal støbes, dysens endestykke 112a (eller et ildfast forlængerstykke til dysen, som f.eks. den indvendige isolator 144). En yderligere legeringskonus 48 af et materiale, normalt kobber, der ikke forurener smeltemassen, 30 dækker den nedre ende af hætten 146. Konusserne gennemborer slaggerne og skummet på smeltemassens overflade og reducerer hermed antallet af fremmede partikler, der opfanges under kølelegemet og i dysen. Smeltemassen opløser konussen 48, og startstangens bolt 35

DK 154331 B

1 skubber den mindste grafitkonus bort fra dysen, hvorefter den flyder til side. En fordel ved den -foretrukne udførelsesform ifølge opfindelsen, hvor der benyttes et udragende stykke 112a i dysen, er.,, at den 5 støtter og sætter den mindste grafitkonus %>å plads, når den nedsænkes i smeltemassen. For at fungere tilfredsstillende skulle den største konus’ 48 overflade danne en vinkel på femogfyrre grader eller mindre med det lodrette plan.

10

Efter at grafitkonussen er blevet skubbet bort, strækker bolten sig ind i smeltemassen, og smeltemassen størkner på bolten. I startfasen og efter at strengene har bevæget sig tilstrækkeligt langt oven for drivhjuls lene 44, klippes den støbte stang af under stålbolten, og strengene omledes automatisk mod båndene 24, 24’.

Inden startstængerne lægges tilbage i et opbevaringsstativ til senere anvendelse, fjernes det korte stykke støbelængde og stålbolten. I en anden aidformning 20 af startstangen benyttes et kort stykke at en stiv stang af rustfrit stål, der er fastgjort pa et bøjeligt kabel, der kan føres direkte op på Ibåndet 24 på grund af sin fleksibilitet. Udtrækningsmaskinen startes så op til en hastighed, hvor støbeprocessen 25 kan begynde. Mellem skift og under midlertidige afbrydelser, som f.eks. ved udskiftning af en spole, bliver strengen standset og klemt fast. Støbningen genoptages enkelt ved at løsne strengen og starte op til fuld hastighed.

30

Under udtrækning af strengen 12 trækker fremadrettede slag den størknede støbning, der er dannet i støbeeller størkningszonen opad, hvorved smeltemassen bringes i kontakt med den afkølede dyse, der hurtigt 36

DK 154331 B

1 danner en hud på den netop frilagte dyseflade. Ved en stabil arbejdsgang trækkes stangen med en konstant hastighed på fra 508 til 1016 cm pr. minut. Samtidig oscillerer hele formsammenstillingen, inkluderet 5 den indkapslede dyse 112, i lodret retning med en acceleration på ca. 1 g, og opnår derved en tophastighed på ca. 10 cm pr. sekund i hver retning. Oscille-ringen får huden til at blive stærkere og fæstner den til den tidligere dannede støbning. På grund 10 af kølelegemets høje kølekapacitet og den bratte temperaturgradient, der er frembragt af den udvendige isolator 118, foregår størkningen meget hurtigt over et forholdsvis kort stykke af dysen. Som tidligere nævnt er de normale smeltetemperaturer for oxygenfrit 15 kobber og kobberlegeringer ca. 1038-1260°C. Under udøvelse af nærværende opfindelse isolerer isolatoren (bøsningen 118) smeltemassen fra kølelegemet for at bibeholde smeltemassen i væskeform inde i dysen under støbezonen. I nærheden af isolatorens øvre 20 kant falder smeltemassens temperatur hurtigt og størkningen påbegyndes. Ved støbning af en 19 mm messingstang med en hastighed på mere end 254 cm/min. vil støbezonen forløbe i langsgående retning i en længde på 25-38 mm. På toppen af støbezonen er strengen 25 størknet. Den anslåede gennemsnitstemperatur ved messingstøbninger i størkningszonen er ca, 900-955°C.

En normal temperatur på messingstøbningen, når den forlader formsammenstillingen, er 816°C. I den øvre ende af formsammenstillingen er der et mellemrum 30 rundt om strengen for at sikre tilstedeværelsen af oxygen eller vandmættet atmosfære til afbrænding af zinkdampe, før de kondenseres og flyder ned til støbezonen. Strengen, der fremstilles på denne måde, er af en usædvanlig god kvalitet. Strengen er kende- 37

DK 154331 B

1 tegnet ved en fin kornstørrelse og dendritstruktur, god strækstyrke og god smidighed.

Opfindelsen er yderligere belyst ved det følgende 5 eksempel.

Ved brug af det på fig. 2 på tegningen viste apparat blev der kontinuerligt støbt en streng 12 -af en smeltemasse af automatmessing (free-cutting ibrass), CDA 10 360. 1998 kg smeltet legering blev fyldt på ovnen 16 og blev holdt i den smeltede tilstand. Legeringen CDA 360’s sammensætning er:

Metal Vægtprocent 15 Bly 2,5-3,7

Kobber 60,0 - 63,0

Jern 0 - 0,35

Urenheder 0 - 0,5

Zink balance 20 '3*

Efter at støbningen af en streng 12 er -indledt ved indføring af et rør med en skrue i enden -gennem dysen 112 ind i smeltemassen efterfulgt af en udtrækning af røret på den inden for dette område kendte måde,

Zd ... .

blev den størknede streng 12 trukket jaf rullerne 44 med en hastighed på 508 cm pr. minut. Væd begyndelsen af den kontinuerlige udtrækning af .strengen 12 blev den svingende forms legeme 18 nedsænket i smelte-2Q massen til en dybde af ca. 13 cm. Under støbningen varierede legemets 18 nedsænkningsdybde fra ca. 18 cm til 8 cm. Under formens oscillering blev smeltemassens temperatur, opretholdt på 1010°C, og smeltet legering blev tilført ovnen 16 under sføbningen i nødvendig udstrækning for at opretholde nedsænknings-

DK 154331 B

38 1 dybden for legemet 18. Dysens 15 diameter var på 19 mm for at fremstille strengen 12 med en diameter på ca. 19 mm. Formens bevægelseshastighed fremt og tilbage under oscilleringen nåede et maksimum på 5 10 cm pr. sekund ved formens acceleration på 1 g.

Den distance, som formen tilbagelagde mellem dens øverste og nederste stilling i smeltemassen var ca.

4,5 cm. Strengens 12 temperatur, da den forlod formen 112, var ca. 816°C.

10

Efter støbningen blev stangen varmebehandlet med tilfredsstillende resultat. Den støbte kornstørrelse var søjlelignende og 1 mm. Den bearbejdede struktur var fint krystalliseret gennem hele tværsnittet (0,025 15 - 0,050 mm).

20 25 30

Claims (10)

39 DK 154331 B

1. Fremgangsmåde til lodret opadrettet kontinuerlig støbning af en metalstreng (12) fra en metalsmeltemas-5 se (14)/ under anvendelse af en lodret «orienteret dyse (112) med en indløbsende (112a) forsynet med et kølelegeme (103)/ som med en fri ende omgiver en del af dysen (112) for at muliggøre en afkøling af dele af dysen (112)/ hvorhos et isolationselement 10 (118) er anbragt i en udsparing i kølelegemet (103) mellem en del af dysen (112) og en del af kølelegemet (103) for at isolere en del af dysen (112) mod afkøling fra kølelegemet (103)/ idet indløbsenden (112a) af dysen (112) er anbragt i afstand under kølelegemets 15 (103) frie ende# og idet isolationselementet (118) er anbragt på kølelegemets (103) frie ende og strækker sig mellem dysen (112) og kølelegemet (-103) over en forud fastlagt afstand/ idet den frie ende på kølelegemet (103) er nedsænket i smeltemassen (14) 20 til en dybde større end den nævnte forud jfastlagte ^afstand for at frembringe en størkningsfrant (114a) i dysen (112), når smeltemassen (14) trækkes ud gennem nævnte kølelegeme (103), mens dysen (112;) afkøles gennem kølelegemet (103), idet afkølingen bringes 25 til fuldstændigt at størkne det smeltede metal til en streng (12) i en del af dysen (112) over isolationselementet (118)/ hvorunder dysen (112) og strengen (12) alternerende bevæges frem og tilbage fi forhold til hinanden i strengens (12) fremføringsretning, 30 kendetegnet ved, at den størknede streng (12) trækkes ud fra smeltemassen (14) med en konstant hastighed, og at dysen (112) bringes til at .oscillere i en retning, der er parallel med strengens (12) fremføringsretning. 40 DK 154331 B

1 PATENTKRAV

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at man lader en kølevæske cirkulere gennem kølelegemet (103) til et punkt umiddelbart oven for overkanten af isolationselementet (118) for at indlede 5 størkningen af smeltemassen (14) til en streng (12) i den del af dysen (112), der ér dækket af isolationselementet (118), og for fuldstændigt at størkne smeltemassen (14) til en streng (12) i en del af dysen (112), der er beliggende over isolationselementet 10 (118).

3. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at man beskytter den del af kølelegemet (103), der er nedsænket i smeltemassen (14), mod varmen 15 fra smeltemassen (14) ved et isolerende materiale, der anbringes som en isolerende barriere mellem smeltemassen (14) og kølelegemet (103).

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 20 ved, at strengen (12) trækkes ud fra dysen (112) med en udtrækningshastighed på 508-1016 cm pr. minut.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at man lader dysen (112) oscillere med en accele- 25 ration på ca. 1 g i hver retning til opnåelse af en maksimumhastighed på ca. 10 cm pr. sekund.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kendetegnet ved, at man lader dysen (112) oscillere med en fre- 30 kvens på 12-150 perioder pr. minut.

7. Apparat til lodret opadrettet kontinuerlig støbning af en metalstreng (12) fra en metalsmeltemasse (14) til brug ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge 41 DK 154331 B 1 krav 1 under anvendelse af en i apparatets 'brugsstilling lodret orienteret rørformet dyse (1Γ2) med en indløbsende (112a) i væskeforbindelse med smeltemassen (14); et kølelegeme (103) med en fri ende (103a)/ 5 der omgiver en del af dysen (112) for at muliggøre afkøling af dele af dysen (112)/ hvorhos dysens (112) indløbsende befinder sig i afstand under kølelegemets (103) frie ende (103a); et isolationselement (118)/ der er anbragt i en udsparing i kølelegemet 10 (103) og mellem en del af dysen (112) og .kølelegemet (103) for at isolere en del af dysen (112) mod kølelegemets (103) afkøling/ idet nævnte isolationselement (118) er anbragt på den frie ende (103a) af kølelegemet (103) og strækker sig mellem dysen (112) og køle-15 legemet (103) over en forudbestemt afstand; midler (20) til nedsænkning af kølelegemets (103) frie ende i smeltemassen (14) til en dybde/ der er rstørre end nævnte forudbestemte afstand for at frembringe en størkningsfront (114a) i dysen (112) under smeltemas-20 sens (14) overflade/ når smeltemassen (14) og den størknede streng trækkes ud gennem kølelegemet (103); midler (44) til udtrækning af smeltet metal fra smeltemassen (14) gennem dysen (112), medens dysen afkøles gennem kølelegemet (103)/ idet kølingen er indrettet 25 til at kunne bringe det smeltede metal til at størkne fuldstændigt til en streng (12) i en del af dysen (112)/ kendetegnet ved midler (225) til at kunne oscillere dysen (112) i en retning/ der er parallel med fremføringsretningen af strengen 30 (12) i et mønster af fremad- og bagudrettede slag/ idet midlerne (44) til udtrækning af den størknede streng (12) trækker denne ud fra smeltemassen (14) med konstant hastighed. DK 154331 B 42

8. Apparat ifølge krav 7, kendetegnet ved, at apparatet omfatter midler til at lade en kølevæske cirkulere gennem kølelegemet (103) til et punkt umiddelbart over isolationselementets (118) 5 overkant for at indlede størkningen af smeltemassen (14) til en streng (12) i den del af dysen (112), der er dækket af isolationselementet (118) og for fuldstændig at størkne smeltemassen (14) til en streng (12) i en del af dysen (112) over isolationselementet 10 (118).

9. Apparat ifølge krav 8, kendetegnet ved, at apparatet omfatter midler til kontinuerligt at kunne regulere smeltemassens (14) højde i forhold 15 til kølelegemet (103).

10. Apparat ifølge krav 9, kendetegnet ved, at midlerne til regulering af smeltemassens (14) højde er en løftemekanisme (38), som er indrettet 20 til at kunne hæves og sænkes som reaktion på et signal, der udsendes i tilknytning til smeltemassens (14) vægt. 25 30