EP0115312A1 - Method of centrifugal casting - Google Patents

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EP0115312A1
EP0115312A1 EP84100643A EP84100643A EP0115312A1 EP 0115312 A1 EP0115312 A1 EP 0115312A1 EP 84100643 A EP84100643 A EP 84100643A EP 84100643 A EP84100643 A EP 84100643A EP 0115312 A1 EP0115312 A1 EP 0115312A1
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D13/00—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
    • B22D13/12—Controlling, supervising, specially adapted to centrifugal casting, e.g. for safety reasons

Definitions

  • the invention relates to a method for centrifugal casting according to the preamble of claim 1.
  • the melt shows the tendency at the beginning of the casting process to spread in the mold in the form of a "snake” or spiral from the pouring end to the other end of the mold. This spiral leaves traces in the cast structure of the finished pipe that one would like to avoid.
  • the invention has for its object to develop the known method for centrifugal casting in such a way that the spiral spreading of the melt in the mold and the solidification of the melt from the inside can be avoided.
  • the spreading melt gets an essentially uniform and unbroken front during the entire revolution. It should be noted that the melt does not assume the speed of rotation of the mold immediately after pouring.
  • the speed of rotation is controlled to such an average value that the front speed of the spreading melt is in such a relation to the casting speed that the cast pipe assumes the said uniform and unbroken front over the entire revolution. This prevents the melt from spreading in whole or in part in the form of a spiral from the pouring end to the other end of the mold.
  • a periodically varying rotational speed is superimposed on the average speed, which is preferably controllable from mull to the full value, a turbulence is generated in the liquid layer of the melt, which brings about a temperature compensation in the melt, so that a Solidification of the melt from the inside is prevented. In this way, the undesirable formation of bubbles in the finished casting is avoided.
  • the mold usually rotates with a horizontal axis of rotation. In special cases, however, the mold can also be rotated with an inclined upward axis of rotation (adjustable angle to the horizontal plane), whereby the Gravity helps hold the melt together as it spreads. It is of course important for a good cast product that the pouring takes place in a controlled manner. For this purpose, for example, the known one. Technique of casting from a pressure furnace can be used, in which the level of the melt is controlled or regulated.
  • FIG. 1 shows how melt (steel, iron, another metal or a metal alloy) is poured from a ladle 1 via a pouring spout 2 at one end of a rotating mold 3 (cylindrical tube or casting mold).
  • the mold 3 rotates at an average rotational speed, which is controlled to a suitable value as a function of time or another parameter from the start of the casting during the course of the casting. By appropriately choosing the average rotation speed, it is avoided that the melt spreads out in the form of a "snake".
  • the average rotational speed is superimposed on a periodically varying rotational speed, the frequency and / or amplitude of which can preferably be controlled as a function of time or another parameter.
  • Equation (4) shows that the velocity u depends on the acceleration due to gravity.
  • the speed of the wavefront can thus be influenced by changing the rotational speed.
  • the centrifugal acceleration is the centrifugal acceleration
  • Equation (3) gives:
  • This speed is high and explains why a "queue" is formed at the beginning of the pouring process.
  • the speed is reduced by reducing the speed of rotation.
  • the following study can give a concept regarding the required amplitude of the superimposed, periodic variation of the rotation speed.
  • the peripheral speed is 10.5 m / s. If the rotation speed is varied by 10% with a sufficiently high frequency, then the melt is able to Inner radius not to follow the variations; you get a relative speed of approx. 1 m / s between the melt on the inner radius and the melt on the solidification front. This relative speed should be high enough to cause turbulence.

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Abstract

Verfahren z m Schleudergießen mit einer zylindrischen Kokille oder einer Gießform, bei dem die Schmelze an dem einen Ende der Kokille (3) in diese eingegossen wird. Gemäß dem Verfahren wird die Durchschnittsrotationsgeschwindigkeit der Kokille während des Einfüllvorganges als Funktion der Zeit oder eines anderen Parameters vom Beginn des Eingießens an auf einen solchen Wert gesteuert, daß sich die Schmelze in der Kokille mit einer Front ausbreitet, die sich im wesentlichen gleichmäßig über den gesamten Umfang erstreckt. Zweckmäßigerweise wird dieser so gesteuerten Durchschnittsrotationsgeschwindigkeit noch eine periodisch variierende Rotationsgeschwindigkeit überlagert, durch die eine Umrührung erzielt wird, die das Auftreten von Mängeln im fertigen Gußstück verhindert.Process for centrifugal casting with a cylindrical mold or a casting mold, in which the melt is poured into the mold (3) at one end thereof. According to the method, the average rotational speed of the mold during the filling process is controlled as a function of time or another parameter from the start of pouring to such a value that the melt in the mold spreads with a front that is substantially uniform over the entire Scope extends. A periodically varying rotation speed is expediently superimposed on this thus controlled average rotation speed, by means of which stirring is achieved which prevents defects from occurring in the finished casting.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleudergießen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a method for centrifugal casting according to the preamble of claim 1.

Bei den bekannten Verfahren zum Schleudergießen mit einer zylindrischen Kokille zeigt die Schmelze zu Beginn des Gießverlaufes die Neigung, sich in der Kokille in Form einer "Schlange" oder Spirale vom Eingießende zum anderen Ende der Kokille auszubreiten. Diese Spirale hinterläßt in der Gußstruktur des fertigen Rohres Spuren, die man vermeiden möchte.In the known methods for centrifugal casting with a cylindrical mold, the melt shows the tendency at the beginning of the casting process to spread in the mold in the form of a "snake" or spiral from the pouring end to the other end of the mold. This spiral leaves traces in the cast structure of the finished pipe that one would like to avoid.

Ein anderes Problem bei dem vorgenannten Schleudergießen besteht darin, daß das Erstarren der Schmelze in der Gießform nicht nur von außen her erfolgt, sondern aufgrund einer im Rohr stattfindenden axialen Konvektion die Erstarrung auch von der Innenseite her einsetzt. Diese von innen einsetzende Erstarrung wirkt sich ungünstig auf die Gußstruktur aus.Another problem with the aforementioned centrifugal casting is that the solidification of the melt in the casting mold not only takes place from the outside, but also due to axial convection taking place in the tube, the solidification also starts from the inside. This solidification from the inside has an unfavorable effect on the cast structure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zum Schleudergießen in der Weise weiterzuentwickeln, daß die spiralförmige Ausbreitung der Schmelze in der Kokille sowie das Erstarren der Schmelze von innen her vermieden werden.The invention has for its object to develop the known method for centrifugal casting in such a way that the spiral spreading of the melt in the mold and the solidification of the melt from the inside can be avoided.

Zur Lösung des erstgenannten Zieles wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Schleudergießen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.To achieve the first-mentioned aim, a method for centrifugal casting according to the preamble of claim 1 is proposed according to the invention, which according to the invention has the features mentioned in the characterizing part of claim 1.

Zur Verhinderung der Erstarrung der Schmelze von innen her wird in Weiterentwicklung der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, welches die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 2 enthält.In order to prevent the solidification of the melt from the inside, a method is proposed in a further development of the invention which contains the features of the characterizing part of claim 2.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.Advantageous embodiments of the invention are mentioned in the further claims.

Durch die genannte Steuerung der Durchschnittsrotationsgeschwindigkeit wird erreicht, daß die sich ausbreitende Schmelze eine im wesentlichen gleichmäßige und ungebrochene Front während der ganzen Umdrehung bekommt. Es ist zu beachten, daß die Schmelze nicht gleich nach dem Eingießen die Rotationsgeschwindigkeit der Kokille annimmt. Die Rotationsgeschwindigkeit wird auf einen solchen Durchschnittswert gesteuert, daß die Frontgeschwindigkeit der sich ausbreitenden Schmelze in einem solchen Verhältnis zur Gießgeschwindigkeit steht, daß das gegossene Rohr über die ganze Umdrehung die genannte gleichmäßige und ungebrochene Front annimmt. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich die Schmelze ganz oder teilweise in Gestalt einer Spirale vom Eingießende zum anderen Ende der Kokille ausbreitet.By the control of the average rotational speed mentioned it is achieved that the spreading melt gets an essentially uniform and unbroken front during the entire revolution. It should be noted that the melt does not assume the speed of rotation of the mold immediately after pouring. The speed of rotation is controlled to such an average value that the front speed of the spreading melt is in such a relation to the casting speed that the cast pipe assumes the said uniform and unbroken front over the entire revolution. This prevents the melt from spreading in whole or in part in the form of a spiral from the pouring end to the other end of the mold.

Dadurch, daß nach der genannten Weiterentwicklung der Erfindung der Durchschnittsgeschwindigkeit, die vorzugsweise von Mull bis auf den vollen Wert_steuerbar ist,eine periodisch variierende Rotationsgeschwindigkeit überlagert wird in der flüssigen Schicht der Schmelze eine Turbulenz erzeugt, die einen Temperaturausgleich in der Schmelze herbeiführt, so daß ein Erstarren der Schmelze von innen her verhindert wird. Auf diese Weise wird die unerwünschte Bildung von Blasen im fertigen Gußstück vermieden.Due to the fact that according to the above-mentioned further development of the invention, a periodically varying rotational speed is superimposed on the average speed, which is preferably controllable from mull to the full value, a turbulence is generated in the liquid layer of the melt, which brings about a temperature compensation in the melt, so that a Solidification of the melt from the inside is prevented. In this way, the undesirable formation of bubbles in the finished casting is avoided.

Normalerweise rotiert die Kokille mit horizontaler Drehachse. Die Kokille kann im Sonderfall beim Eingießen jedoch auch mit einer schräg nach oben verlaufenden Drehachse (einstellbarer Winkel zur Horizontalebene) rotiert werden, wobei die Schwerkraft dazu beiträgt, die Schmelze während ihrer Ausbreitung zusammenzuhalten. Wichtig für ein gutes Gußprodukt ist natürlich, daß das Eingießen auf kontrollierte Art geschieht. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die bekannte. Technik des Gießens aus einem Druckofen angewendet werden, bei der das Niveau der Schmelze gesteuert oder geregelt wird.The mold usually rotates with a horizontal axis of rotation. In special cases, however, the mold can also be rotated with an inclined upward axis of rotation (adjustable angle to the horizontal plane), whereby the Gravity helps hold the melt together as it spreads. It is of course important for a good cast product that the pouring takes place in a controlled manner. For this purpose, for example, the known one. Technique of casting from a pressure furnace can be used, in which the level of the melt is controlled or regulated.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

  • Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,
  • Fig. 2 und 3 Darstelllungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung.
The invention will be explained in more detail with reference to the figures. Show it
  • 1 schematically shows an arrangement for carrying out the method according to the invention,
  • 2 and 3 representations to explain the operation of the invention.

Figur 1 zeigt, wie Schmelze (Stahl, Eisen, ein anderes Metall oder eine Metallegierung) aus einer Gießpfanne 1 über eine Gießschnauze 2 an dem einen Ende einer rotierenden Kokille 3 (zylinderförmiges Rohr oder Gießform) abgegossen, wird. Die Kokille 3 rotiert mit einer Durchschnittsrotationsgeschwindigkeit, die während des Gießverlaufs auf einen geeigneten Wert als Funktion der Zeit oder eines anderen Para- meters vom Beginn des Abgießens gesteuert wird. Durch zweckmäßige Wahl der Durchschnittsrotationsgeschwindigkeit vermeidet man, daß sich die Schmelze in Form einer "Schlange" ausbreitet.FIG. 1 shows how melt (steel, iron, another metal or a metal alloy) is poured from a ladle 1 via a pouring spout 2 at one end of a rotating mold 3 (cylindrical tube or casting mold). The mold 3 rotates at an average rotational speed, which is controlled to a suitable value as a function of time or another parameter from the start of the casting during the course of the casting. By appropriately choosing the average rotation speed, it is avoided that the melt spreads out in the form of a "snake".

Der Durchschnittsrotationsgeschwindigkeit wird eine periodisch variierende Rotationsgeschwindigkeit überlagert, deren Frequenz und/oder Amplitude vorzugsweise als Funktion der Zeit oder eines anderen Parameters steuerbar ist.The average rotational speed is superimposed on a periodically varying rotational speed, the frequency and / or amplitude of which can preferably be controlled as a function of time or another parameter.

Durch diese überlagerte, periodische Variation der Rotationsgeschwindigkeit erhält man in der Schmelze 4 eine Turbulenz und damit einen Temperaturausgleich, so daß eine Erstarrung der Schmelze von innen her vermieden wird.This superimposed, periodic variation in the rotational speed results in turbulence in the melt 4 and thus in temperature compensation, so that solidification of the melt from the inside is avoided.

Das Verfahren zur Lösung des ersten Problemes kann mathematisch wie folgt erklärt werden:

  • Man geht von Joukowsky's Theorie für eine fortschreitende Welle in einem offenen Kanal aus (siehe Figur 2).
The procedure for solving the first problem can be explained mathematically as follows:
  • One starts from Joukowsky's theory for a progressing wave in an open channel (see Figure 2).

Wenn man plötzlich eine Klappe 5 heruntersetzt, tritt eine fortschreitende Welle längs des Kanals auf.If you suddenly lower a flap 5, a progressive wave occurs along the channel.

Wenn p die Dichte der Schmelze, b die Breite des Kanals, h die Höhe des Kanals, c die Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze, g die Erdbeschleunigung, t die Zeit und u die Geschwindigkeit der Wellenfront ist, so kann nach dem Kraftgesetz geschrieben werden:

  • g p b h Δh = p(u + c) Δt bh
    Figure imgb0001
    wobei
    Figure imgb0002
If p is the density of the melt, b the width of the channel, h the height of the channel, c the flow velocity of the melt, g the gravitational acceleration, t the time and u the speed of the wavefront, the following can be written according to the force law:
  • gpbh Δh = p (u + c) Δt bh
    Figure imgb0001
     in which
    Figure imgb0002

Die Kontinuitätsgleichung wird

Figure imgb0003
The continuity equation will
Figure imgb0003

Die Gleichungen (1) und (2) ergeben zusammen

Figure imgb0004
Equations (1) and (2) together result in
Figure imgb0004

Wenn c = 0 ist, beträgt die Geschwindigkeit der Wellenfront

Figure imgb0005
If c = 0, the speed of the wavefront is
Figure imgb0005

Aus Gleichung (4) geht hervor, daß die Geschwindigkeit u von der Erdbeschleunigung abhängt.Equation (4) shows that the velocity u depends on the acceleration due to gravity.

Bei einer rotierenden, zylindrischen Kokille wird die E2d-beschleunigung durch die Zentrifugalbeschleunigung a =

Figure imgb0006
ersetzt, wobei v die Umfangsgeschwindigkeit und r der Innenradius der Kokille ist. Durch Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit kann somit die Geschwindigkeit der Wellenfront beeinflußt werden.In the case of a rotating, cylindrical mold, the E 2 d acceleration is determined by the centrifugal acceleration a =
Figure imgb0006
 replaced, where v is the peripheral speed and r is the inner radius of the mold. The speed of the wavefront can thus be influenced by changing the rotational speed.

Zahlenbeispiel: Kokille mit dem Innenradius r = 0,1 m, rotierend mit n = 1000 r/m. Für die Umfangsgeschwindigkeit ergibt sich:

Figure imgb0007
Numerical example: mold with the inner radius r = 0.1 m, rotating with n = 1000 r / m. The following results for the peripheral speed:
Figure imgb0007

Die Zentrifugalbeschleunigung beträgt

Figure imgb0008
The centrifugal acceleration is
Figure imgb0008

Ferner wird angenommen (siehe Fig. 3), daß h = 0,02 mIt is further assumed (see Fig. 3) that h = 0.02 m

Damit ergibt Gleichung (3) :

Figure imgb0009
Equation (3) gives:
Figure imgb0009

Diese Geschwindigkeit ist hoch und erklärt, weshalb am Anfang des Gießverlaufes eine "Schlange" gebildet wird. Die Geschwindigkeit wird durch Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit herabgesetzt.This speed is high and explains why a "queue" is formed at the beginning of the pouring process. The speed is reduced by reducing the speed of rotation.

Wenn das Anfangsstadium zu Ende ist, kann es zweckmäßig sein, die Rotationsgeschwindigkeit zu erhöhen, damit die Wanddicke gleichmäßig genug wird.When the initial stage has ended, it may be appropriate to increase the speed of rotation so that the wall thickness becomes even enough.

Bezüglich des Problems der Erstarrung von innen, kann die nachstehende Studie einen Begriff bezüglich der erforderlichen Amplitude der überlagerten, periodischen Variation der Rotationsgeschwindigkeit vermitteln. In dem vorstehenden Zahlenbeispiel beträgt die Umfangsgeschwindigkeit 10,5 m/s. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit um 10 % mit einer genügend hohen Frequenz variiert wird, dann vermag die Schmelze am Innenradius den Variationen nicht zu folgen; man erhält also eine Relativgeschwindigkeit von ca. 1 m/s zwischen der Schmelze am Innenradius und der Schmelze an der Erstarrungsfront. Diese Relativgeschwindigkeit soll hoch genug sein, um eine Turbulenz zu bewirken.Regarding the problem of solidification from the inside, the following study can give a concept regarding the required amplitude of the superimposed, periodic variation of the rotation speed. In the above numerical example, the peripheral speed is 10.5 m / s. If the rotation speed is varied by 10% with a sufficiently high frequency, then the melt is able to Inner radius not to follow the variations; you get a relative speed of approx. 1 m / s between the melt on the inner radius and the melt on the solidification front. This relative speed should be high enough to cause turbulence.

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.The method described above can be varied in many ways within the scope of the general inventive concept disclosed.

Claims (7)

1. Verfahren zum Schleudergießen mit einer zylindrischen Kokille oder einer Gießform, bei dem die Schmelze an dem einen Ende der Kokille (3) in diese eingegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsgeschwindigkeit der Kokille (3) steuerbar ist und vom Beginn des Abgießens an während des Gießverlaufs auf einen solchen Durchschnittswert pro Umdrehung als Funktion der Zeit gesteuert wird, daß die Front, mit der sich die Schmelze vom Eingußende bis zum anderen Ende der Kokille ausbreitet, sich im wesentlichen gleichmäßig und ungebrochen über den ganzen Umfang der Kokille erstreckt. 1st Process for centrifugal casting with a cylindrical mold or a casting mold, in which the melt is poured into the mold (3) at one end thereof, characterized in that the rotational speed of the mold (3) is controllable and from the start of the casting during the Casting course is controlled to such an average value per revolution as a function of time that the front, with which the melt spreads from the pouring end to the other end of the mold, extends substantially uniformly and unbroken over the entire circumference of the mold. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchschnittsrotationsgeschwindigkeit, die vorzugsweise von Null bis auf den vollen Wert steuerbar ist, eine periodisch variierende Rotationsgeschwindigkeit überlagert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the average rotational speed, which is preferably controllable from zero to the full value, a periodically varying rotational speed is superimposed. 3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz und/oder Amplitude der überlagerten Rotationsgeschwindigkeit auf geeignete Werte als Funktion der Zeit oder eines anderen Parameters vom Beginn des Abgießens an gesteuert wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the frequency and / or amplitude of the superimposed rotational speed is controlled to suitable values as a function of time or another parameter from the start of the pouring. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse der Kokille horizontal oder annähernd horizontal verläuft.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the axis of rotation of the mold runs horizontally or approximately horizontally. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse der Kokille gegenüber der Horizontalen geneigt ist, eventuell bis zu 90°.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the axis of rotation of the mold is inclined with respect to the horizontal, possibly up to 90 °. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille zumindest während eines Teils des Verfahrensablaufes mit einem nach oben gerichteten Winkel, gesehen von der Eingießstelle, rotiert.6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the mold rotates at least during part of the process sequence with an upward angle, seen from the pouring point. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingießen der Schmelze unter selbständiger Regelung oder Steuerung des Flusses als Funktion der Zeit oder eines anderen Parameters vom Beginn des Eingießens an erfolgt.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the pouring of the melt takes place under independent regulation or control of the flow as a function of time or another parameter from the start of the pouring.
EP84100643A 1983-01-28 1984-01-21 Method of centrifugal casting Expired EP0115312B1 (en)

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