EP0140132A1 - Process for casting centrifugally - Google Patents
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- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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- B22D13/00—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
- B22D13/02—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force of elongated solid or hollow bodies, e.g. pipes, in moulds rotating around their longitudinal axis
Definitions
- the present invention relates to a method for centrifugal casting according to the preamble of claim 1.
- the molten metal is poured into a rotating mold (see Figure 1).
- the metal first gets into a resting pool at one end of the mold.
- the metal melt adjacent to the mold wall also begins to rotate.
- the metal melt involved in the rotation is thrown along the mold wall in the form of a spiral in the axial direction of the mold.
- the molten metal solidifies very quickly when it comes into the cold mold, spiral-like solidified layers, which contain segregations, pores and so on, form on top of one another.
- the molten metal must be distributed very quickly in the longitudinal direction of the mold, preferably in the form of a coherent pool that extends in the longitudinal direction of the mold to the other end of the mold.
- a periodically fluctuating rotational speed is expediently superimposed on the mean rotational speed, which can preferably be controlled from zero to the full value, as a result of which turbulence is generated in the liquid layer, which causes temperature compensation and thereby prevents the melt from solidifying from the inside .
- the melt solidifies from the outside in, increasingly slowly. Bubbles occur in the casting due to gases present in the melt.
- the spiral layer mentioned can also cause cracks in the cast pipe.
- the invention has for its object to develop a method of the type mentioned, in which the occurrence of gases on the inner surface of the centrifugally cast tube and the risk of cracks occurring is further reduced.
- the melt can be rotated much more quickly, so that the force which distributes the melt in the axial direction of the mold is increased.
- this force is practically proportional to the product of the centrifugal force and the pressure head. If the centrifugal force when the melt rotates synchronously with the mold is fifty to one hundred times the gravitational acceleration g, then normal gravity can be neglected. If the melt is quickly brought into synchronous rotation with the mold by a stirrer, which can work according to the principle of the electrical asynchronous machine, the axial distribution of the melt along the mold takes place significantly faster.
- the rotational speed of the rotating field of the stirrer is selected to be equal to the rotational speed of the mold, as a result of which eddy current losses in the mold wall are avoided.
- FIG. 1 shows how melt (steel, iron, another metal or an alloy) is poured from a ladle 1 through a pouring spout 2 into a rotatable mold 3.
- the mold 3 rotates at an average rotational speed (see arrow A), which is controlled as a function of time or another parameter from the start of the pouring to a suitable value during the pouring process.
- the molten metal is expediently poured in more or less abruptly at one end of the mold, while one or more electromagnetic multiphase stirrers 5 are active, the feed of these stirrers taking place in such a phase sequence that the rotating or traveling magnetic magnets they produce Fields move in the direction of rotation of the mold.
- the pool 6 (see FIG. 2) is distributed more quickly around the mold wall and is pressed out with a centrifugal force which corresponds, for example, to fifty times the gravitational acceleration, the melt 4 being distributed in the axial direction of the mold 3.
- the mold 3 is preferably made of austenitic material, and the stirrer 5 can be cylindrical, part-cylindrical or straight. Several stirrers can also be used. In order to avoid eddy current losses in the mold 3, the speed of movement of the magnetic field of the stirrer 5 can be synchronized with the speed of rotation of the mold.
- the stirrer can be supplied from a voltage source whose frequency can be set or is equal to the mains frequency.
- the speed of rotation of the mold 3 can possibly be brought to a high value before the melt is poured in using the stirrer, the stirrer and the mold being like one Asynchronous motor work.
- a cage winding can be arranged on the mold at the end where the stirrer is located. (Such a cage winding is not shown in the figures.)
- Figure 3A shows a simplified representation of the relationship between the bath height h and the tube length 1 in the known method for centrifugal casting. So there is no stirrer.
- the pouring tube begins at point S. The distribution shown applies to a specific point in time after pouring.
- the melt rotates relatively slowly in the radial area from A to B, so that the axial force gxh A generated here is proportional, where g is the acceleration due to gravity and h A is the bath or pressure height at point 11. From the mold wall to point B, the melt has reached the rotational speed of the mold, so that the axial force in this area is approximately 50 xgxh B proportional.
- FIG. 3B shows the corresponding relationships in the method according to the invention.
- the melt is rotated very quickly by the stirrer, so that at point 12 the melt rotates with the mold from the mold wall to point C and generates an axial force of approximately 50 g / h.
- the axial force corresponding to the layer entrained by friction from the mold wall is still approximately 5 oxg xh D.
- the force of the stirrer on the melt decreases with increasing depth, since the depth of penetration of the magnetic field into the melt is limited.
- the acceleration or deceleration that is required can also affect the inner surface of the cast pipe is stirred, made by the stirrer described.
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Abstract
Verfahren zum Schleudergießen in einer zylindrischen Kokille oder Gießform, bei dem die Schmelze (4) an einem Ende in die Kokille (3) eingegossen wird. Gemäß der Erfindung wird an dem Eingießende der Kokille (3) auf die Schmelze (4) eine elektromagnetische Kraft ausgeübt, die in Rotationsrichtung der Kokille gerichtet ist. Auf diese Weise wird die Kraft, welche die Schmelze in Längsrichtung der Kokille verteilt, wesentlich erhöht, so daß diese Verteilung schneller erfolgt, was eine bessere Qualität des gegossenen Rohres bewirkt.Process for centrifugal casting in a cylindrical mold or casting mold, in which the melt (4) is poured into the mold (3) at one end. According to the invention, an electromagnetic force which is directed in the direction of rotation of the mold is exerted on the melt (4) at the pouring end of the mold (3). In this way, the force which distributes the melt in the longitudinal direction of the mold is significantly increased, so that this distribution takes place more quickly, which brings about a better quality of the cast tube.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleudergießen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The present invention relates to a method for centrifugal casting according to the preamble of
Beim Schleudergießen wird das geschmolzene Metall in eine rotierende Kokille gegossen (siehe Figur 1). Dabei gelangt das Metall zunächst in eine ruhende Lache an dem einen Ende der Kokille. In Folge der Reibung zwischen Metall und rotierender Kokille beginnt die an die Kokillenwand angrenzende Metallschmelze ebenfalls zu rotieren. Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft wird die an der Rotation beteiligte Metallschmelze in axialer Richtung der Kokille in Form einer Spirale an der Kokillenwand entlanggeschleudert. Da die Metallschmelze sehr schnell erstarrt, wenn sie in die kalte Kokille kommt, bilden sich übereinander liegende spiralähnliche erstarrte Schichten, die Seigerungen, Poren und so weiter enthalten. Um dies zu vermeiden, ist es erforderlich, daß die Metallschmelze sehr schnell in Längsrichtung der Kokille verteilt wird, und zwar am besten in Form einer zusammenhängenden Lache, die sich in Längsrichtung der Kokille zum anderen Ende der Kokille ausdehnt.During centrifugal casting, the molten metal is poured into a rotating mold (see Figure 1). The metal first gets into a resting pool at one end of the mold. As a result of the friction between the metal and the rotating mold, the metal melt adjacent to the mold wall also begins to rotate. Under the action of the centrifugal force, the metal melt involved in the rotation is thrown along the mold wall in the form of a spiral in the axial direction of the mold. Since the molten metal solidifies very quickly when it comes into the cold mold, spiral-like solidified layers, which contain segregations, pores and so on, form on top of one another. To avoid this, the molten metal must be distributed very quickly in the longitudinal direction of the mold, preferably in the form of a coherent pool that extends in the longitudinal direction of the mold to the other end of the mold.
Ein Verfahren zur Lösung dieses Problems wird in der EP-A 84 10 0643.0 beschrieben. Danach wird, nachdem man begonnen hat, die Schmelze an dem einen Ende der Kokille einzugießen, die Rotationsgeschwindigkeit der Kokille beim Schleudergießen als Funktion der Zeit oder eines anderen Parameters vom Beginn des Abgießens an auf einen geeigneten Wert gesteuert. Die Rotationsgeschwindigkeit wird so eingestellt, daß man eine Frontgeschwindigkeit für die Schmelze erhält, die im Verhältnis zu der Gießgeschwindigkeit nicht allzu hoch ist. Dabei wird eine sich über den gesamten Umfang erstreckende gleichmäßige und ununterbrochene Front angestrebt. Es ist zu beachten, daß die Schmelze in diesem Falle nicht sofort nach dem Eingießen die Rotationsgeschwindigkeit der Kokille annimmt. Aus diesem Grunde überlagert man zweckmäßigerweise der mittleren Rotationsgeschwindigkeit, die vorzugsweise von Null auf den vollen Wert steuerbar ist, eine periodisch schwankende Rotationsgeschwindigkeit, wodurch in der flüssigen Schicht eine Turbulenz erzeugt wird, die einen Temperaturausgleich bewirkt und dadurch ein Erstarren der Schmelze von innen her verhindert.A method for solving this problem is described in EP-A 84 10 0643.0. Then, after you start pouring the melt into one end of the mold, the rotational speed of the mold during centrifugal casting is controlled as a function of time or another parameter from the start of the casting to an appropriate value. The speed of rotation is adjusted so that a front speed for the melt is obtained which is not too high in relation to the casting speed. The aim is to achieve a uniform and uninterrupted front that extends over the entire circumference. It should be noted that in this case the melt does not assume the rotational speed of the mold immediately after pouring. For this reason, a periodically fluctuating rotational speed is expediently superimposed on the mean rotational speed, which can preferably be controlled from zero to the full value, as a result of which turbulence is generated in the liquid layer, which causes temperature compensation and thereby prevents the melt from solidifying from the inside .
Das Erstarren der Schmelze erfolgt von außen nach innen, und zwar zunehmend langsamer. Dabei treten aufgrund von in der Schmelze vorhandenen Gasen Blasen im Guß auf. Durch die genannte Spiralschicht können auch Risse im gegossenen Rohr entstehen.The melt solidifies from the outside in, increasingly slowly. Bubbles occur in the casting due to gases present in the melt. The spiral layer mentioned can also cause cracks in the cast pipe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem das Auftreten von Gasen an der Innenfläche des schleudergegossenen Rohres sowie die Gefahr des Auftretens von Rissen weiter verkleinert wird.The invention has for its object to develop a method of the type mentioned, in which the occurrence of gases on the inner surface of the centrifugally cast tube and the risk of cracks occurring is further reduced.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.To achieve this object, a method is proposed according to the preamble of
Durch das Verfahren gemäß der Erfindung kann die Schmelze viel schneller in Rotation versetzt werden, so daß die Kraft, welche die Schmelze in axialer Richtung der Kokille verteilt, vergrößert wird. Bei den beim Schleudergießen angewendeten Rotationsgeschwindigkeiten ist diese Kraft praktisch proportional dem Produkt aus Zentrifugalkraft und Druckhöhe. Wenn die Zentrifugalkraft bei einer mit der Kokille synchronen Rotation der Schmelze das Fünfzig- bis Hundertfache der Erdbeschleunigung g beträgt, so kann die normale Schwerkraft vernachlässigt werden. Wenn die Schmelze durch einen Rührer, der nach dem Prinzip der elektrischen Asynchronmaschine arbeiten kann, schnell in synchrone Rotation mit der Kokille gebracht wird, so erfolgt die axiale Verteilung der Schmelze längs der Kokille bedeutend schneller.By means of the method according to the invention, the melt can be rotated much more quickly, so that the force which distributes the melt in the axial direction of the mold is increased. At the rotational speeds used in centrifugal casting, this force is practically proportional to the product of the centrifugal force and the pressure head. If the centrifugal force when the melt rotates synchronously with the mold is fifty to one hundred times the gravitational acceleration g, then normal gravity can be neglected. If the melt is quickly brought into synchronous rotation with the mold by a stirrer, which can work according to the principle of the electrical asynchronous machine, the axial distribution of the melt along the mold takes place significantly faster.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Drehzahl des Drehfeldes des Rührers gleich der Drehzahl der Kokille gewählt, wodurch Wirbelstromverluste in der Kokillenwand vermieden werden.In a preferred embodiment of the invention, the rotational speed of the rotating field of the stirrer is selected to be equal to the rotational speed of the mold, as a result of which eddy current losses in the mold wall are avoided.
Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,Figur 2 einen Schnitt senkrecht zur Längsachse der Kokille gemäßFigur 1,- Figur 3A die axiale Schmelzenverteilung bei einem bekannten Schleudergießverfahren,
- Figur 3B die entsprechende Verteilung bei einem Verfahren gemäß der Erfindung.
- 1 shows an arrangement for carrying out the method according to the invention,
- FIG. 2 shows a section perpendicular to the longitudinal axis of the mold according to FIG. 1,
- FIG. 3A shows the axial melt distribution in a known centrifugal casting process,
- Figure 3B shows the corresponding distribution in a method according to the invention.
Figur 1 zeigt, wie aus einer Gießpfanne 1 über eine Gießschnauze 2 Schmelze (Stahl, Eisen, ein anderes Metall oder eine Legierung) in eine rotierbare Kokille 3 gegossen wird. Die Kokille 3 rotiert mit einer mittleren Rotationsgeschwindigkeit (siehe Pfeil A), die als Funktion der Zeit oder eines anderen Parameters vom Beginn des Abgießens an während des Gießverlaufs auf einen geeigneten Wert gesteuert wird. (Siehe die oben genannte EP-A). Gemäß der Erfindung wird die Metallschmelze zweckmäßigerweise mehr oder weniger schlagartig an dem einen Ende der Kokille eingegossen, während ein oder mehrere elektromagnetische mehrphasige Rührer 5 wirksam sind, wobei die Speisung dieser Rührer mit einer solchen Phasenfolge erfolgt, daß die von ihnen erzeugten rotierenden oder wandernden magnetischen Felder sich in Rotationsrichtung der Kokille bewegen. Hierdurch wird erreicht, daß die Lache 6 (Siehe Figur 2) schneller um die Kokillenwand verteilt und mit einer Zentrifugalkraft, die beispielsweise dem Fünfzigfachen der Erdbeschleunigung entspricht, herausgepreßt wird, wobei die Schmelze 4 sich in axialer Richtung der Kokille 3 verteilt. Die Kokille 3 besteht vorzugsweise aus austenitischem Material, und der Rührer 5 kann zylindrisch, teilzylindrisch oder gerade ausgebildet sein. Es können auch mehrere Rührer verwendet werden. Um Wirbelstromverluste in der Kokille 3 zu vermeiden, kann die Bewegungsgeschwindigkeit des magnetischen Feldes des Rührers 5 mit der Rotationsgeschwindigkeit der Kokille synchronisiert werden. Die Speisung des Rührers kann aus einer Spannungsquelle erfolgen, deren Frequenz einstellbar ist oder gleich der Netzfrequenz ist. Die Rotationsgeschwindigkeit der Kokille 3 kann eventuell vor dem Eingießen der Schmelze mittels des Rührers auf einen hohen Wert gebracht werden, wobei Rührer und Kokille wie ein Asynchronmotor arbeiten. Zu diesem Zweck kann auf der Kokille an dem Ende, an dem sich der Rührer befindet, eine Käfigwicklung angeordnet werden. (In den Figuren ist eine solche Käfigwicklung nicht dargestellt.)FIG. 1 shows how melt (steel, iron, another metal or an alloy) is poured from a
Figur 3A zeigt in vereinfachte Darstellung den Zusammenhang zwischen der Badhöhe h und der Rohrlänge 1 bei dem bekannten Verfahren zum Schleudergießen. Ein Rührer ist also nicht vorhanden. Das Gießrohr beginnt an der Stelle S. Die dargestellte Verteilung gilt für einen bestimmten Zeitpunkt nach dem Eingießen. An der Stelle 11 des Rohres rotiert die Schmelze im radialen Bereich von A bis B relativ langsam, so daß die hier erzeugte axiale Kraft g x hA proportional ist, wobei g die Erdbeschleunigung und hA die Bad- oder Druckhöhe im Punkte 11 ist. Von der Kokillenwand bis zum Punkte B hat die Schmelze die Rotationsgeschwindigkeit der Kokille erreicht, so daß in diesem Bereich die axiale Kraft ungefähr 50 x g x hB proportional ist.Figure 3A shows a simplified representation of the relationship between the bath height h and the
Figur 3B zeigt die entsprechenden Verhältnisse bei dem Verfahren gemäß der Erfindung. Hier wird die Schmelze sehr schnell durch den Rührer in Drehung versetzt, so daß an der Stelle 12 die Schmelze von der Kokillenwand bis zum Punkte C mit der Kokille rotiert und eine axiale Kraft von ungefähr 5oxg x hC erzeugt. Beim späteren weiteren Ausdehnen außerhalb des Rührers beträgt dann die axiale Kraft entsprechend der durch Reibung von der Kokillenwand mitgenommenen Schicht noch ungefähr 5oxg x hD. Bei der Höhenlage des Punktes C ist zu beachten, daß die Kraftwirkung des Rührers auf die Schmelze mit zunehmender Tiefe abnimmt, da die Eindringtiefe des magnetischen Feldes in die Schmelze begrenzt ist.FIG. 3B shows the corresponding relationships in the method according to the invention. Here, the melt is rotated very quickly by the stirrer, so that at point 12 the melt rotates with the mold from the mold wall to point C and generates an axial force of approximately 50 g / h. When later expanding further outside the stirrer, the axial force corresponding to the layer entrained by friction from the mold wall is still approximately 5 oxg xh D. With the altitude of point C it should be noted that the force of the stirrer on the melt decreases with increasing depth, since the depth of penetration of the magnetic field into the melt is limited.
Nachdem die Schmelze in der Kokille verteilt worden ist, kann die Beschleunigung oder Verlangsamung, die erforderlich ist, damit auch die Innenfläche des gegossenen Rohres umgerührt wird, durch den beschriebenen Rührer vorgenommen werden.After the melt has been distributed in the mold, the acceleration or deceleration that is required can also affect the inner surface of the cast pipe is stirred, made by the stirrer described.
Die Erfindung kann im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedanken in vielfacher Weise variiert werden.The invention can be varied in many ways within the scope of the general inventive idea disclosed.
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