FI68993C

FI68993C - CONTAINER REQUIREMENTS FOR THE PRODUCTION OF METALS WHETHER THE FARING EQUIPMENT CONTAINS OVER THE FOLLOWING PRODUCTS

Info

Publication number: FI68993C
Application number: FI803888A
Authority: FI
Inventors: Hugh Randolph Lowry; Robert Thompson Frost
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1980-07-02
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1985-12-10
Also published as: YU314480A; BR8100899A; FR2485963A1; JPS5717351A; GB2080715A; IT8119117A0; ES508818A0; HK75985A; JPS6192758A; HU183291B; DE3049353A1; CH658809A5; ATA629480A; ES8307142A1; SE8008640L; MX154569A; BE889459A; ES8307141A1; FI68993B; GB2080715B

Description

6899368993

Jatkuva menetelmä metallin valamiseksi sekä menetelmässä tarvittava laitteisto Tämä keksintö koskee yleisesti metallin sulatus-5 ja jähmettymisalaa ja koskee tarkemmin sanoen uutta jatkuvaa valumenetelmää ja- laitteistoa erittäin pitkien metalliesineiden tuottamiseksi.This invention relates generally to the field of melting and solidification of metal, and more particularly to a novel continuous casting method and apparatus for producing very long metal objects.

Jatkuva valu on pitkään ollut eräs aktiivisemmista uudistusalueista metallurgian alalla ja sen seurauksena 10 on kehittynyt suhteellisen suuri määrä patentti- ja muuta teknillistä kirjallisuutta ja sen kasvu jatkuu. Useista eri syistä kuitenkin verrattain harvat alalla aikaisemmin esitetyistä runsaista ehdotuksista on toteutunut kaupallisessa muodossa. Metallin jatkuviin valusysteemeihin, jotka 15 ovat saavuttaneet tällaisen aseman, on tavallisesti liittynyt jonkintyyppisen mekaanisen kosketusmuotin käyttö sulan metallin koskettamiseksi, rajoittamiseksi ja muotoilemiseksi sen jähmettyessä. Nämä muotit saavat valupyörien ja valuhihnojen muodon ja voivat niin kutsutun "kastomuo-20 vaus"-prosessin tapauksessa saada siementangon muodon, joka itse asiassa on sisäinen muotti.Continuous casting has long been one of the most active areas of reform in the field of metallurgy, and as a result 10 a relatively large amount of patent and other technical literature has developed and continues to grow. However, for a variety of reasons, relatively few of the rich proposals made in the past in the field have been implemented in commercial form. Continuous metal casting systems that have achieved such a position have usually involved the use of some type of mechanical contact mold to contact, limit, and shape the molten metal as it solidifies. These molds take the form of castors and casting belts and can, in the case of the so-called "dipping mold" process, take the shape of a seed rod, which is in fact an internal mold.

Kuten alla yksityiskohtaisemmin selostetaan tämä keksintö, johon liittyy keskeisenä piirteenä vaihtuvan sähkömagneettisen kentän käyttö sulan metallin ylöspäin 25 liikkuvan kolonnin muodostamiseksi, tukemiseksi ja rajoittamiseksi ilman jatkuvaa kosketusta mihinkään sisäpintaan, tekee tarpeettomaksi valupyörän, valuhihnan, siementangon tai muut kosketusmuotit, joita teollisuudessa nykyään käytetään. Sen lisäksi, että tämän keksinnön prosessi 30 yksinkertaistaa metallien jatkuvaa valua, muovausta ja muita kaupallisia tuotantosysteemejä, se avaa mahdollisuuden valmistaa pienistä kohtalaisiin määriin messinki-, nikkeli- ja muita metallitankoja jatkuvalla valulla kalliimpien harkkovalu- ja kuumavalssausprosessien sijasta 2 68993 jotka nykyään ovat yleisessä käytössä.As described in more detail below, the present invention, which features the use of an alternating electromagnetic field to form, support and limit a molten metal upwardly moving column without continuous contact with any inner surface, obviates the casting wheel, casting belt, seed bar or other contact molds currently used in industry. In addition to simplifying the continuous casting, molding, and other commercial production systems of the present invention, process 30 of the present invention opens the possibility to produce small to moderate amounts of brass, nickel, and other metal bars by continuous casting instead of the more expensive ingot and hot rolling processes currently used.

Yleisesti samat tavoitteet mielessä toiset ovat ehdottaneet sähkömagneettisen muotin käyttöä, joka sisältää metallisulatteen lammikon alaspäin liikkuvan valu-5 harkon yläpäässä samalla, kun lammikon uloimpia sivuosia jähmetetään. Tätä yleistä lähestymistapaa kuvataan amerikkalaisessa patentissa 3 467 166 (Getselev et ai.) ja kehitetään edelleen amerikkalaisissa patenteissa 3 605 865 (Getselev); 3 735 799 (Karlson); 4 014 379 10 (Getselev); ja 4 126 175 (Getselev). Kaikissa tapauksissa suureneminen on pituussuuntaista ja sulatetta syötetään puolijatkuvasti tai jatkuvasti omapainovirtauksena laskeutuvan valuharkon yläpäästä. Tämän lähestymistavan vakavampia haittoja on se, että ylöspäinvalamisen "häiriötur-15 vallinen" ominaisuus puuttuu. Niinpä odottamattoman säh-kösyöttöhäiriön tapauksessa sulanut metalli valuu ulos alaspäin valuvasta laitteistosta sensijaan, että vain valuisi takaisin, kuten tässä keksinnössä pidätysastiaan. Lisäksi sulatteen ylivirtaus- ja hukkamahdollisuudet 20 alaspäin valussa vaativat sekä sulatteen syöttönopeuden että valuharkon poistonopeuden muuttumatonta, huolellista säätöä. Sitäpaitsi näitä nopeuksia rajoittaa voimakkaasti lämmönvaihto-ongelma, joka niin muodoin pienentää tämän jatkuvan valun erikoistyypin kaupallista potentiaalia.With generally the same objects in mind, others have suggested the use of an electromagnetic mold that includes a metal melt at the top of a downwardly moving casting-5 ingot while solidifying the outer side portions of the pond. This general approach is described in U.S. Patent 3,467,166 (Getselev et al.) And further developed in U.S. Patents 3,605,865 (Getselev); 3,735,799 (Karlson); 4,014,379 10 (Getselev); and 4,126,175 (Getselev). In all cases, the increase is longitudinal and the melt is fed semi-continuously or continuously as a self-weight flow from the upper end of the descending ingot. A more serious disadvantage of this approach is the lack of the "tamper-proof" feature of up-casting. Thus, in the event of an unexpected power failure, the molten metal will flow out of the downstream equipment instead of just flowing back, as in the retention vessel of the present invention. In addition, the potential for melt overflow and wastage downstream in casting 20 requires constant, careful adjustment of both the melt feed rate and the ingot removal rate. Moreover, these rates are severely limited by the heat exchange problem, thus reducing the commercial potential of this special type of continuous casting.

25 Toisen viimeaikaisen uutuuden mukaisesti, jota on kuvattu amerikkalaisissa patenteissa 3 746 077 (Lohikoski et ai.) ja 3 872 913 (Lohikoski) joiden oikeudet on siirretty Outokumpu OY:lie, sulaa metallia pakotetaan hydrostaattisesta tai vedetään tyhjön avulla ylöspäin päästä 30 avoimeen, pystysuoraan asetettuun mekaaniseen muottiin, kun juuri muodostettua ja jäähdytettyä valettua tuotetta poistetaan epäjatkuvasti ja ajoittaisesti fysikaalisesta kosketuksesta mekaanisen muotin yläpään kanssa, joka sisältää sulan metallin. Tällä tavoin saavutetaan häiriötur-35 vallinen piirre, mutta vain hyväksymällä ulkoisen kosketus-muotin suuremmat puutteet.25 According to another recent innovation, described in U.S. Patents 3,746,077 (Lohikoski et al.) And 3,872,913 (Lohikoski), the rights of which have been transferred to Outokumpu OY, molten metal is forced hydrostatically or vacuum-drawn from the end to an open, vertical placed in a mechanical mold when the freshly formed and cooled cast product is removed discontinuously and intermittently from physical contact with the upper end of a mechanical mold containing molten metal. In this way, the interference-proof feature is achieved, but only by accepting the major shortcomings of the external contact mold.

Keksintöjen ja oivallusten avulla, jotka on esitettyBy means of the inventions and insights presented

IIII

3 68993 yleispiirtein alla ja kuvattu yksityiskohtaisesti viitaten liitteenä oleviin piirroksiin yllä mainitut ja muut kuvattavat, merkitykselliset edut saavutetaan johdonmukaisesti jatkuvissa metallivalun tuotantotoiminnoissa. Edel-5 leen nämä tulokset ovat saavutettavissa kupari- ja muiden metallitankojen tuotannossa, jotka voidaan valssata, hehkuttaa ja vetää tavalliseen tapaan langan valmistamiseksi. Yhä edelleen, mitään taloudellista haittaa ei aiheuteta, vaan päinvastoin keksinnöt ja oivallukset te-10 kevät mahdolliseksi oleelliset valmistuskustannukset säästöt tietyissä tuotantolinjoissa. Esimerkiksi nämä keksinnöt tekevät mahdolliseksi hitsauspuikkojen ja muiden tuotteiden valmistuksen, joissa raekoko ei ole ensiarvoisen tärkeä, valamalla jatkuvasti suoraan haluttuun kokoon. 15 Vielä eräänä tärkeänä etuna tämä keksintö ei yleisesti ole alttiina koostumusrajoituksille, vaan on sovellettavissa kuparitangon valmistukseen suuren samoin kuin pienen happipitoisuuden kuparista ja tankojen ja muiden erittäin pitkien muotojen valmistukseen muista metalleista ja 20 lejeeringeistä mukaanluettuna alumiini, alumiinipohjaiset lejeeringit, kuparipohjäiset lejeeringit, teräs yms, mutta rajoittumatta näihin.3 68993 outlined below and described in detail with reference to the accompanying drawings, the above and other descriptive, relevant advantages are consistently achieved in continuous metal casting production operations. Further, these results are achievable in the production of copper and other metal bars which can be rolled, annealed and drawn in the usual way to produce wire. Still, no economic disadvantage is caused, but on the contrary, the inventions and insights of the te-10 spring allow for substantial manufacturing cost savings on certain production lines. For example, these inventions make it possible to manufacture welding rods and other products in which the grain size is not paramount by continuously casting directly directly to the desired size. As another important advantage, this invention is not generally subject to compositional limitations, but is applicable to the manufacture of copper rod from high as well as low oxygen copper and rods and other very long shapes from other metals and alloys including aluminum, aluminum based alloys, copper based alloys, copper based alloys, not limited to these.

Tämä keksintö keskittyy uuteen peruskäsitteeseen valaa jatkuvasti ylöspäin siirtämällä nestemäinen metalli-25 pylväs muodostusvyöhykkeeseen ja sen läpi, jossa se vähitellen jäähdytetään ja jähmetetään samalla, kun se on sähkömagneettisen kentän alaisena, joka pienentää voimaa, joka vaaditaan tuloksena olevan valutuotteen poistamiseen muodostusvyöhykkeestä. Tämä tärkeä uusi sähkömagneettisen 30 kentän vaikutus toteutetaan tämän keksinnön mukaisesti joko saattamalla kohoamaan tai rajoittamalla sulaa metalli-pylvästä koko sen pituuden suurimman osan läpi ja erityisesti siinä osassa sitä alueella, jossa jähmettyminen tapahtuu. Kohoamaan saattaminen toteutetaan sähkömagneet-35 tisten, etenevien aaltojen avulla, jotka suunnataan tämän 68993 keksinnön suositeltavassa toteutuksessa siten, että pääosa pylvään pituudesta pidetään olennaisesti painottomana koko valuoperaation ajan. Rajoitustoteutuksessa sähkömagneettinen kenttä on kiinteä, mutta sitä käytetään 5 samalla tavoin jatkuvasti, mikä auttaa pitämään nestemäisen metallipylvään sen pituuden suurimmalta osalta vapaana kosketuksesta fysikaaliseen muottirakenteeseen. Tämän keksinnön toisessa vaihtoehtoisessa käytännössä kohoamaan saattavia ja rajoittavia vaikutuksia voidaan käyttää 10 samanaikaisesti niin, että sulan metallin pylväs asetetaan ja ylläpidetään olennaisesti painottomana ja poissa kosketuksesta fysikaaliseen muottirakenteeseen suurimmalta osalta sen pituutta. Näin ollen sähkömagneettinen väline suorittaa sekä nostotehtävän että rajoittavan tai muotti-15 tehtävän.This invention focuses on a new basic concept of continuously casting a liquid by passing a liquid metal-25 column into and through the forming zone, where it is gradually cooled and solidified while subjected to an electromagnetic field that reduces the force required to remove the resulting cast product from the forming zone. This important new effect of the electromagnetic field is realized in accordance with the present invention either by raising or restricting the molten metal column throughout most of its length, and especially in that part of it in the region where solidification occurs. The elevation is accomplished by electromagnetic, propagating waves directed in a preferred embodiment of this 68993 invention such that the majority of the length of the column is kept substantially weightless throughout the casting operation. In the constraint implementation, the electromagnetic field is fixed, but is used in the same way continuously, which helps to keep the liquid metal column free from contact with the physical mold structure for most of its length. In another alternative practice of the present invention, the elevating and limiting effects may be applied simultaneously so that the molten metal column is placed and maintained substantially weightless and out of contact with the physical mold structure for most of its length. Thus, the electromagnetic means performs both the lifting function and the limiting or mold-15 function.

On ymmärrettävä, että tähän pohjimmiltaan uuteen poikkeamaan aikaisemmasta käytännöstä liittyy tärkeitä etuja ja että sähkömagneettinen kohoamaan saattaminen avaa mahdollisuuden suurille tuotantonopeuksille sen 20 avulla, että koska metallipylväs on olennaisesti painoton, ei ole välttämätöntä jäähdyttää juuri jähmetettyä metallituotteen osaa riittävän lujuuden kehittämiseksi siihen tukemaan alla olevan metallin painoa ja myös kestämään vetovoimia, jotka liittyvät muotin kitkan voittamiseen 25 poistettaessa tuote muovausvyöhykkeestä. Toisin sanoen työ, joka tarvitaan vetämään jähmetetty metallituote muotista pois, pienenee hyvin huomattavasti tässä toimintatavassa, koska tämä työ on muottivalukitkan funktio ja tämä kitka on verrannollinen puristusvoimaan ko. raja-30 pinnalla.It is to be understood that this fundamentally new deviation from previous practice has important advantages and that electromagnetic elevation opens up the possibility of high production rates by 20 that since the metal column is substantially weightless, it is not necessary to cool the freshly solidified metal part to develop sufficient strength to support the underlying metal. and also withstand the pulling forces associated with overcoming mold friction when removing the product from the molding zone. In other words, the work required to pull the solidified metal product out of the mold is greatly reduced in this mode of operation, since this work is a function of the mold casting friction and this friction is proportional to the compressive force in question. border-30 surface.

Tämän keksinnön toteutuksessa puristusvoima on häviävän pieni johtuen pylvään sulan metallin painottomasta tilasta ja siitä johtuvasta pylvään paineettomasta kosketuksesta muottiin. Sähkömagneettisen rajoituksen pää-35 asiallinen etu saavutetaan täten huonontamatta fysikaali- 11 5 68993 sen muotin länunönsiirtohyötysuhdetta, koska suositeltavassa toteutuksessa ei ole tarvetta merkittävälle välykselle tai raolle fysikaalisen muotin ja sulan metalli-pylvään välillä suurimmalla osalla jälkimmäisen pituutta.In the practice of the present invention, the compressive force is negligibly low due to the weightless state of the molten metal in the column and the consequent pressureless contact of the column with the mold. The main advantage of electromagnetic constraint is thus achieved without compromising the physical transfer efficiency of the mold, since in the preferred embodiment there is no need for significant clearance or gap between the physical mold and the molten metal column for most of the latter.

5 Uusi mahdollisuus suurempiin tuotantonopeuksiin aikaansaadaan samalla tavoin tämän keksinnön rajoitus-tavalla ja sähkömagneettisen kohotus- ja rajoitustavan yhdistelmällä. Niinpä joka tapauksessa voima, joka vaaditaan juuri jähmetetyn tuotteen poistamiseen ja siirtä-10 mään sula metallipylväs jähmetysvyöhykkeen läpi, pienenee olennaisesti poistamalla kitka ja tarttumisvoimat. Edelleen mitä tulee lämmönvaihtohyötysuhteeseen on mahdollista saavuttaa hyvä lämmönsiirto jokaisella tavalla minimoimalla raon leveys sulan metallipylvään ja ympäröivän 15 fysikaalisen muotin välillä.A new opportunity for higher production rates is similarly provided by the limiting method of the present invention and the combination of the electromagnetic lifting and limiting method. Thus, in any case, the force required to remove the freshly solidified product and move the molten metal column through the solidification zone is substantially reduced by removing the friction and adhesion forces. Furthermore, in terms of heat exchange efficiency, it is possible to achieve good heat transfer in every way by minimizing the width of the gap between the molten metal column and the surrounding physical mold.

Yhdistelmätavan lisäetuna on, että kohoamaan saattaminen voidaan helposti saada aikaan ja ylläpitää tarkalla säädöllä laajalla tehonsyöttöolosuhteiden alueella. Niinpä on yllättäen keksitty, että tällä tavalla on huo-20 mättävä itsesäätävä ominaisuus, rajoittavien ja kohottavien voimien ollessa toimintavaikutuksiltaan keskenään verrannollisia. Pylvään halkaisijan ollessa asetettu haluttuun arvoon lisäys sulan metallipylvään ylöspäin suuntautuvassa kulkunopeudessa johtaa sen poikkileikkauskoon 25 pienenemiseen ja siitä johtuen pylvääseen kohdistuvan sähkömangeettisen nostovoiman heikkenemiseen. Kun nopeus ylöspäin sitten hidastuu ja pylvään poikkileikkaus niin muodoin kasvaa, nostovoima kasvaa niin, että vaikka systeemissä saattaa esiintyä vähäistä heilahtelupyrkimystä, 30 se ei koskaa ole kaukana tasapainosta ja tuote on poikkileikkauksen koolta ja muodolta oleellisesti yhtenäinen.An additional advantage of the combination approach is that the elevation can be easily accomplished and maintained with precise control over a wide range of power supply conditions. Thus, it has surprisingly been found that in this way there is a remarkable self-adjusting property, the limiting and lifting forces being proportional to each other in their action. When the diameter of the column is set to the desired value, an increase in the upward flow velocity of the molten metal column results in a decrease in its cross-sectional size 25 and a consequent decrease in the electromagnetic lifting force on the column. As the upward velocity then decelerates and the cross-section of the column thus increases, the lifting force increases so that although there may be little oscillation in the system, it is never far from equilibrium and the product is substantially uniform in cross-sectional size and shape.

Kuten yllä yleisesti mainittiin on edelleen havaittu, että tämä uusi jatkuva valumenetelmä suositeltavassa samoin kuin vaihtoehtoisessa tavassa soveltuu laajasti 35 metalleille, metalliseoksille, metallilejeeringeille ja 68993 itse asiassa kaikille sähköä johtaville sulille materiaaleille, jotka voidaan jähmettää poistamalla lämpöä. Toinen läheisessä suhteessa oleva odottamaton havainto on, että olosuhteissa, joissa hydrostaattinen paine on olen-5 naisesti nolla, nestemäisessä metallipylväässä on tarpeeksi pyörrevirtaa ja siitä johtuen pylvään nesteen sekoittumista, kun jähmettyminen edistyy nopeasti pylvään kulun kanssa kohotusvyöhykkeen läpi, että erittäin homogeeninen valutuote ilmeisesti on tuloksena jopa niissä 10 metalliseoksissa, joissa esiintyy merkittävää selektiivistä kasautumis- ja jähmettymistaipumusta.As generally mentioned above, it has further been found that this new continuous casting method is widely applicable to metals, alloys, metal alloys and virtually all electrically conductive molten materials that can be solidified by heat removal. Another unexpected finding in close proximity is that under conditions where the hydrostatic pressure is substantially zero, there is sufficient eddy current in the liquid metal column and consequent mixing of the column liquid as solidification progresses rapidly with the column passing through the elevation zone, resulting in a highly homogeneous cast even in those 10 alloys that have a significant selective tendency to agglomerate and solidify.

Keksinnön kohteena on siten jatkuvavalumenetelmä, joka soveltuu erityisesti kuparin, alumiinin, teräksen, kuparipohjaisten lejeerinkien ja alumiinipohjaisten le-15 jeerinkien valamiseen tangoiksi, joiden halkaisija on 8...30 mm, edullisimmin noin 16 mm ja jossa menetelmässä metalli johdetaan valuastian ympäröivän, pitkänomaisen, ylöspäin kulkevan sähkömagneettisen kentän alaosaan.The invention therefore relates to a continuous casting process which is particularly suitable for casting copper, aluminum, steel, copper-based alloys and aluminum-based alloys into bars with a diameter of 8 to 30 mm, most preferably about 16 mm, in which the metal is passed around an elongate, to the bottom of the upward electromagnetic field.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomais-20 ta se, että jähmettyvän metallin pylvääseen vaikuttava sähkömagneettinen kenttä pidetään arvossa, joka alentaa pylvään hydrostaattista painetta ja synnyttää olennaisen mutta mahdollisimman pienen raon sulan metallipylvään ulkopinnan ja valuastian sisäpinnan väliin mahdollisim-25 man suuren lämmönsiirron aikaansaamiseksi metallipylvään ja valuastian välille ja paino-, kitka- ja adheesio-voimien pienentämiseksi samankaisesti minimiinsä.The method according to the invention is characterized in that the electromagnetic field acting on the solidifying metal column is maintained at a value which lowers the hydrostatic pressure of the column and creates a substantial but small gap between the outer surface of the molten metal column and the inner surface of the casting vessel. and to reduce weight, friction and adhesion forces similarly to a minimum.

Kaikissa tämän keksinnön vaihtoehtoisissa toteutustavoissa sähkömagneettisen kentän pituus on sopivasti 30 suurempi ja mieluummin huomattavasti suurempi kuin kentän halkaisija ja kohotetun pylvään pituus on suurempi kuin sen halkaisija parhaassa toteutuksessa.In all alternative embodiments of the present invention, the length of the electromagnetic field is suitably greater than 30, and preferably significantly greater than the diameter of the field, and the length of the raised column is greater than its diameter in the best embodiment.

Tämän keksinnön mukaiselle laitteistolle ovat siten tunnusomaisia patenttivaatimuksen 3 tunnusmerkkiosas-35 sa kuvatut piirteet.The apparatus according to the present invention is thus characterized by the features described in the characterizing part-35 of claim 3.

7 68993 Tätä keksintöä toteutettaessa havaitaan, että keskimääräinen ero kohotettuna pidetyn tangon halkaisijan ja sen tangon halkaisijan välillä, joka fysikaalisesti koskettaa putkeen, on noin 1-2 tuhannesosatuumaa. Tämä 5 yhdessä ainutlaatuisen pintarakenteen kanssa todistaa, että tankotuotteen jähmettäminen tapahtui irti kosketuksesta jäähdytysputken pinnan kanssa.7 68993 In carrying out the present invention, it is found that the average difference between the diameter of the rod held elevated and the diameter of the rod that physically contacts the tube is about 1-2 mils. This, together with the unique surface structure, proves that the solidification of the rod product took place from contact with the surface of the cooling tube.

Alaan perehtyneet saavat paremman käsityksen tästä keksinnöstä seuraavasta yksityiskohtaisesta kuvauk-10 sesta ajateltuna yhdessä piirrosten kanssa, jotka muodostavat osan tästä patenttimäärityksestä ja joissa: kuvio 1 on kaavamainen pystyleikkauskuvanto tämän keksinnön suositeltavan muodon kattamasta laitteistosta yhdessä kuumavalssilaitteiston kanssa; 15 kuvio 2 on kaavamainen pystyleikkausdiagrammi kuviossa 1 esitetyn laitteiston valukokoonpanosta; kuvion 3 on suurennettu, puolikaavamainen poik-kileikkauskuvanto kuvion 2 valuastiasta, joka esittää suositeltavaa toteutusta, johon liittyy kohotustapa; 20 kuvion 4 on kuviota 3 muistuttava kuvanto tä män keksinnön vaihtoehtoisesta laitteistosta, joka esittää vaihtoehtoista toteutusta, johon liittyvät nestemäisen metallipylvään rajoituksen ja kohotuksen yhdistetyt vaikutukset; 25 kuvio 5 on kytkentäkaavio kohotuskäämistä, jollais ta voidaan käyttää kuvioiden 1-4 laitteiston kokoonpanossa ; kuvio 6 on kuvioita 3 ja 4 muistuttava kuvanto vielä eräästä tämän keksinnön vaihtoehtoisesta lait-30 teistosta, joka esittää keksinnön rajoitustapatoteu-tuksen nestemäisen metallipylvään vaikutusta.Those skilled in the art will gain a better understanding of the present invention from the following detailed description taken in conjunction with the drawings which form part of this specification and in which: Figure 1 is a schematic vertical sectional view of an apparatus covered by a preferred embodiment of the present invention together with a hot roll apparatus; Fig. 2 is a schematic vertical sectional diagram of a casting assembly of the apparatus shown in Fig. 1; Fig. 3 is an enlarged, semi-schematic cross-sectional view of the casting vessel of Fig. 2 showing a preferred embodiment involving a lifting method; Fig. 4 is a view similar to Fig. 3 of an alternative apparatus of the present invention showing an alternative embodiment involving the combined effects of limiting and elevating a liquid metal column; Fig. 5 is a circuit diagram of a riser such as may be used in the apparatus configuration of Figs. 1-4; Fig. 6 is a view similar to Figs. 3 and 4 of another alternative apparatus of the present invention showing the effect of a liquid metal column of a limiting embodiment of the invention.

Kuvio 7 on valokuva kuparitangosta, joka on valmistettu tämän keksinnön suositeltavan toteutuksen mukaisesti; ja 8 68993 kuvio 8 on lähikuva kuvion 7 kuparitangon pohja-päästä, joka esittää alla selostettuja eri pintaominaisuuksia .Figure 7 is a photograph of a copper rod made in accordance with a preferred embodiment of the present invention; and 8 68993 Fig. 8 is a close-up view of the bottom end of the copper rod of Fig. 7 showing the various surface properties described below.

Kuten kuviossa 1 esitetään valettava sula metal-5 li sisältyy kallistettavaan pidätysuuniin (ei esitetty) , josta sitä syötetään valu-upokkaaseen 10 tarvittaessa nestemäisen metallin halutun tason ylläpitämiseksi valukokoonpanossa 11. Valukokoonpano on asennettu upokkaan 10 päälle ja se jatkuu pystysuoraan 10 ylöspäin siitä avoimeen yläpäähän, jonka läpi juuri valettu tankotuote 12 puretaan jäähdytvskammioon 13, josta se siirretään linjassa toimiville kuumavalssaus-asemille 14 ja 15 ja sitten lopuksi jäähdytetään ja kelataan kelausasemalla 16. Vaihtoehtoisesti tanko 15 17 A valetaan suoraan lopulliseen haluttuun kokoon käyttöä varten. Metallisulatetta puretaan upokkaasta 10 nestemäisenä metallipylväänä valukokoonpanoon 11 omapainovirtauksen avulla pidätysuunista, joka kallistetaan syöttöasentoon sulan metallin syöttämiseksi 20 upokkaaseen 10 aika ajoin tai jatkuvasti tarpeen mukaan jatkuvan valuprosessin aikana. Tämän keksinnön suositeltavassa toteutuksessa nestemäisen metallin pylväs (kuvio 2) aikaansaadaan näin ollen alunperin ja sen-jälkeen ylläpidetään tasolla, joka on sen alapuolella, 25 jossa sähkömagneettisen liikkuvan aallon kohotus tulee tehokkasti pienentämään ja jopa eliminoimaan pylvään hydrostaattisen paineen. Toisin sanoen pylvään 20 yläpää saatetaan alussa kokoonpanon 11 alaosaan, jossa ainakin pylvään 20 yläosa tuleen olennaisesti 30 painottomaksi, kun valukokoonpanon kohotuslaitteisto liitetään sen sähköteholähteeseen.As shown in Figure 1, the molten metal 5 to be cast is contained in a tiltable retention furnace (not shown) from which it is fed to a casting crucible 10 to maintain a desired level of liquid metal in the casting assembly 11, if necessary. The casting assembly is mounted on the crucible 10 and extends vertically up through which the freshly cast rod product 12 is discharged into a cooling chamber 13, from where it is transferred to in-line hot rolling stations 14 and 15 and then finally cooled and wound at a winding station 16. Alternatively, the rod 15 17A is cast directly to the final desired size for use. The metal melt is discharged from the crucible 10 as a liquid metal column into the casting assembly 11 by a self-weight flow from a retention furnace which is tilted to a feed position to feed the molten metal 20 to the crucible 10 from time to time or continuously during a continuous casting process. Thus, in a preferred embodiment of the present invention, the liquid metal column (Figure 2) is initially provided and subsequently maintained at a level below it where the elevation of the electromagnetic moving wave will effectively reduce and even eliminate the hydrostatic pressure of the column. That is, the upper end of the column 20 is initially brought to the lower part of the assembly 11, where at least the upper part of the column 20 becomes substantially weightless when the lifting apparatus of the casting assembly is connected to its electric power source.

Valukokoonpano 11 sisältää päästä avoimen kohot-tajaputken 25, joka voi olla tulenkestoista materiaaliaThe casting assembly 11 includes an end-open riser tube 25, which may be of refractory material.

IIII

9 68993 ja joka on kiinnitetty upokkaaseen 10 nestemäisen metallin vastaanottamiseksi siitä jähmetettäväksi ja mahdollisesti purettavaksi valutuotteena sen yläpäästä jäähdytyskammi-oon 13.9 68993 and attached to the crucible 10 for receiving liquid metal for solidification and possibly discharging as a casting product from its upper end to the cooling chamber 13.

5 Esimerkiksi kaksitoista käämiä, joita on kaava maisesti esitetty kohdassa 28, on sijoitettu pystysuunnassa erilliseen asemaan kchottajaputken 25 ympärille käämityksinä, jotka on sijoitettu oleellisesti kohtisuoraan putken akselia vastaan ja on yhdistetty kolmen 10 ryhmissä kuvion 5 monivaiheisen sähkövirtalähteen peräkkäisiin vaiheisiin magneettikentän synnyttämiseksi, joka saa aikaan Foucault-virtoja putkessa 25 olevassa nestemäisessä metallissa, mikä johtaa ylöspäin nostavaan vaikutukseen valettavaan metalliin nähden. Tämä kuusi-15 vaiheinen kohottaja on näin ollen toimintakelpoinen tuottamaan vähitellen etenevän aallon, joka liikkuu nopeudella, joka on verrannollinen peräkkäisten suljettujen virtasilmukkojen väliseen etäisyyteen ja herätystaajuu-teen. Käämit 28, jotka muodostavat kohottajan sydämen 20 on järjestetty pystysuuntaan pitkin kohottajaputken pituutta niin, että nestemäistä metallia ja jähmetettyä metallituotetta kaikissa muissa paitsi putken 25 alimmassa vyöhykeessä, voidaan kohottaa koko valutoimen-piteen ajan halutussa määrin mieluummin oleellisesti 25 painottomaksi.For example, twelve windings of the formula shown at 28 are arranged vertically in a separate position around the winding tube 25 in windings arranged substantially perpendicular to the tube axis and connected in successive stages of three multistage electric power sources of Figure 5 to generate a magnetic field. currents in the liquid metal in the tube 25, resulting in an upward lifting effect relative to the metal being cast. This six to 15 phase exciter is thus operable to produce a progressively propagating wave moving at a speed proportional to the distance between the successive closed current loops and the excitation frequency. The coils 28 forming the riser core 20 are arranged vertically along the length of the riser tube so that the liquid metal and solidified metal product in all but the lowest zone of the tube 25 can be raised to substantially the desired weight 25 throughout the casting operation.

Tämän keksinnön laitteiston kokeellisessa mallissa, jota käytettiin tuottamaan jatkuvasti valettuja kupari-, alumiini- ja pronssitankoja kuvaamaan tämän menetelmän ja laitteiston käyttökelpoisuutta, oli kohotusvyöhyke, 30 jossa oli 36 kierrosta kupariputkea kierrettynä kuuden kierroksen nousulla tuumaa kohti, jolloin koko kohotus-vyöhykkeeksi tuli kuusi tuumaa. Kaikki 12 vaihetta oli siirretty vaiheessa 60° lähimmästä naapureistaan ja vyöhyke oli tehokkaasti kahden aallonpituuden mittainen.The experimental model of the apparatus of the present invention used to produce continuously cast copper, aluminum, and bronze bars to illustrate the applicability of this method and apparatus had a riser zone with 36 turns of copper tube twisted at six turns per inch to a total rise zone of six inches. All 12 phases had been shifted in phase 60 ° from their nearest neighbors and the zone was effectively two wavelengths long.

10 6899310 68993

Kohotettujen metallipylväiden halkaisija oli 22 mm ja pylvästä pidettiin kiihdyttämättä (ts. kohotussuhde oli olennaisesti 1,0) lähellä 1200 hertsin taajuutta, kun moottori-vaihtovirtageneraattorikohottajän teholähteeseen 5 syötetty kokonaistasavirtateho vaihteli välillä n.The raised metal columns were 22 mm in diameter and the column was kept unaccelerated (i.e., the elevation ratio was substantially 1.0) near the frequency of 1200 Hz when the total DC power supplied to the power supply 5 of the motor-alternator generator varied between n.

7-10 kW. Käytettiin kuviossa 4 esitettyä lämmönvaihdinta.7-10 kW. The heat exchanger shown in Figure 4 was used.

Vaikka malleiltaan ja rakenteiltaan vaihtelevia lämmönvaihtimia voidaan käyttää tämän keksinnön laitteiston yhteydessä, parhaiten tähän tarkoitukseen soveltuva 10 ja niinmuodoin suosituksen tässä yhteydessä on se, jota on merkitty numerolla 30 piirroksissa ja joka on osista koottua levymetallirakennetta, joka käsittää ylemmän ja alemman rengasmaisen kokonaisuuden 31 ja 32 ja sylinteri-mäisen vyöhykkeen 33, jotka on asennettu kohottajaputken 15 25 ympärille kosketukseen sen rengasmaisen ulkopinnan kanssa. Nestemäistä jäähdytysainetta, sopivasti vesijohtovettä syötetään jatkuvasti lähteestä (ei esitetty) ylempään kokonaisuuteen 31 ja johdetaan vyöhykkeen 33 läpi koko metallin valutoimenpiteen ajan ja poistetaan alem-20 man kokonaisuuden 32 läpi laskuputkeen ja se vie mukanaan putken 25 läpi absorpoituneen lämmön siinä olevasta nestemäisestä metallista ja juuri jähmetetystä metallituotteesta. Käämit 28, kuten kuviossa 3 on esitetty, on sijoitettu lämmönvaihtimen keskivyöhykkeen ulkopuolelle 25 ja se ulottuu oleellisesti yhdestä kokonaisuudesta toiseen tasaisin välimatkoin ja sijoitettuna lähietäisyydelle lämmönvaihtimen ympärille. Sopiva lämmönvaihtimen 30 rakennemateriaali on ruostumaton teräs, johtuen tällaisten lejeerinkien korroosionkestosta ja lämmönvaihtotehokkuu-30 desta.Although heat exchangers of varying designs and structures may be used in connection with the apparatus of the present invention, the most suitable for this purpose 10 and thus the recommendation in this context is that denoted by 30 in the drawings and is a component assembled sheet metal structure comprising upper and lower annular assemblies 31 and 32 and a cylindrical zone 33 mounted around the riser tube 15 25 in contact with its annular outer surface. A liquid coolant, suitably tap water, is continuously fed from a source (not shown) to the upper unit 31 and passed through the zone 33 throughout the metal casting operation and removed through the lower unit 32 to the downcomer and enters the absorbed heat through the pipe 25 from the liquid metal and fresh water. metal product. The windings 28, as shown in Figure 3, are located outside the central zone 25 of the heat exchanger and extend substantially from one assembly to another at regular intervals and located at close proximity around the heat exchanger. A suitable construction material for the heat exchanger 30 is stainless steel, due to the corrosion resistance and heat exchange efficiency of such alloys.

Toteutettaessa tämän keksinnön prosessia, tässä suositeltavalla tavalla, upokkaaseen 10 panostetaan metallin, kuten kuparin sulatetta valettavaksi jatkuvasti erittäin pitkien tuotteiden, kuten tangon valmistuksessa. Niin-35 pä esivaiheena metalli sulatetaan ja syötetään upokkaaseenIn carrying out the process of the present invention, as recommended herein, a crucible 10 is charged with a melt of metal, such as copper, to be continuously cast in the manufacture of very long products, such as a bar. As a first step, the metal is melted and fed into a crucible

IIII

11 68993 10 pidätysuunista nestemäisen metallipylvään 20 aikaansaamiseksi, jonka yläpää on valukokoonpanon 11 kohotus-vyöhykkeen sisällä. Aloitustanko 40 syötetään putken 25 yläpään kautta tangon alapään saattamiseksi kosketuk-5 seen nestemäisen metallipylvään yläpään kanssa. Vesijohtoveden virratessa täydellä nopeudella lämmönvaihtimen läpi nestemäisen pylvään yläosa jähmetetään kosketuksessa tankoon. Tankoa 40 ja yhteenkasvanutta tangon päätä poistetaan sitten ylöspäin putkesta 25 suunnilleen jähmeän 10 tangon muodostamisnopeudella. Nestemäistä pylvästä pidetään olennaisesti painottomana ainakin suurimmalta osalta sen pituutta ja näin ollen olennaisesti paineettomassa koksetuksessa putkeen 25 tässä kohdassa kohottajalaitteen käytön avulla ja toimintaa ylläpidetään jatkuvana, mikä 15 tuottaa metallitangon jatkuvan pituuden, jolla on tasainen, kiiltävä, lievästi aaltomainen pinta ja täysin tiivis luonne kauttaaltaan. Tämä tanko johdetaan kammion 13 läpi, jossa vesisuihkut alentavat sen lämpötilan pisteeseen, jossa se on loppujäähdytykseen ja kelaukseen sopivassa 20 tilassa käyttäen tai käyttämättä välissä olevaa kuuma-valssausta .11 68993 10 from a retention furnace to provide a liquid metal column 20 having an upper end within the lift zone of the casting assembly 11. The starting rod 40 is fed through the upper end of the tube 25 to bring the lower end of the rod into contact with the upper end of the liquid metal column. When tap water flows at full speed through the heat exchanger, the top of the liquid column solidifies in contact with the rod. The rod 40 and the converged rod end are then removed upward from the tube 25 at an approximately solid rod formation rate of 10. The liquid column is considered substantially weightless for at least most of its length and thus substantially unpressurized in coking the tube 25 at this point by the use of a lifter and maintained continuous, producing a continuous length of metal rod having a smooth, shiny, slightly wavy surface and completely dense throughout. This rod is passed through a chamber 13 where the water jets lower its temperature to the point where it is in a state suitable for final cooling and winding, with or without intermediate hot rolling.

Kun nestemäisen metallipylvään 20 taso laskee prosessin edistyessä lisäsulatetta syötetään ompainovirtauk-sena valu-upokkaaseen 10 niin, että valuoperaatio jatkuu 25 ilman keskeytystä.As the level of the liquid metal column 20 decreases as the process progresses, additional melt is fed as a separate flow to the casting crucible 10 so that the casting operation continues without interruption.

Tätä tämän keksinnön prosssia on menestyksellisesti esitetty käyttämällä laitteistoa lukuisissa kokeissa, joihin liittyy joukko erilaisia metallimateriaaleja. Erityisesti alumiinia, kuparia ja pronssilejeerinkiä on 30 valettu tankomuotoon toimenpiteissä, jotka on suoritettu olennaisesti kuten välittömästi yllä on yksityiskohtaisesti kuvattu. Kaikissa tapauksissa tankotuote oli yhtenäisesti halkaisijaltaan n. 22 mm ja oli täysin tiivis ja koostumukseltaan yhtenäinen kauttaaltaan ja sillä oli ta-35 sainen, kiiltävä ja hieman aaltomainen pinta. Sähkötehon 12 68993 syöttöä kohottajaan vaihdeltiin kuitenkin valumateriaa-lien välisten erojen mukaisesti kohotusvoiman sovittamiseksi likimäärin kohotetun materiaalin painoon, ts. oleellisesti nollakiihtyvyyden omaavan kohotustilan ai-5 kaansaamiseksi ja ylläpitämiseksi. Vastoin odotuksia kuten yllä mainittiin sähkömagneettisen kentän voimakkuuden tarkka säätö ei ole välttämätön tämän kohotusvoima-painovoimatasapainon ylläpitämiseksi.This process of the present invention has been successfully demonstrated using equipment in a number of experiments involving a variety of metallic materials. In particular, aluminum, copper, and the bronze alloy have been cast into a rod shape in operations performed substantially as described in detail immediately above. In all cases, the rod product was uniformly about 22 mm in diameter and was completely dense and uniform in composition throughout and had a flat, glossy and slightly wavy surface. However, the supply of electric power 12 68993 to the lifter was varied according to the differences between the casting materials to adapt the lifting force to the weight of the raised material approximately, i.e. to provide and maintain a substantially zero acceleration lifting space ai-5. Contrary to expectations, as mentioned above, precise adjustment of the strength of the electromagnetic field is not necessary to maintain this lifting force-gravity balance.

Mitä kohottamiseen tulee, nestemäistä metallipyl-10 västä kiihdytetään ylöspäin, jos kohotusvoima on suurempi kuin painovoima ja tämä johtaa nostovoiman pienenemiseen pylvään poikkileikkauksen pienenemisen seurauksena, kun taas tilanne on päinvastainen, kun nostovoima on pienempi kuin painovoima. Vaikka tämä kohottajalaitteen täysi 15 vaikutus kohdistuu suureen osaan nestemetallipylvään ja jähmetetyn tankotuotteen kohottajaputkessa olevaa pituutta, pylvään osia, jotka ovat kohottajaputken ala- ja yläpäässä, joissa kohotusvoimat ovat keskimäärin vain noin puolet yllä esitetyistä, tukevat tässä järjestyksessä paine, 20 joka on aikaansaatu nostamaan nestepylväs alkukorkeuteen, ja nostovoima, joka toimeenpannaan aloitustangon 40 avulla. Näin ollen, kun nestepylvästä pystytetään, aikaansaadaan pieni ylöspäin suuntautuva kiihdytys näillä alapään alueen kohotusvoimilla ja kun nestemäinen metalli-25 pylväs liikkuu hitaasti ylöspäin pisteeseen, joka vastaa suunnilleen kohotuskäämien sädettä, se tulee kenttiin, jotka ovat kyllin vahvoja vakiinnuttamaan ja ylläpitämään pylvästä olennaisesti painottomassa tilassa niin, että sen kosketus kohottajaputkeen on oleellisesti pai-30 neeton. Tämän vuoksi suurentamalla nestepainetta on mahdollista nostaa virtausnopeuksia ylöspäin ja yleisimmin nestepainetta alussa voidaan käyttää tällaisen virtauksen säätelemiseen, kohottajalaitteen toimiessa tällöin ylläpitäen tällaista alkuvirtausta suhteellisen muuttumatto-35 massa arvossa nestepylvään koko yläpituudelta.In terms of lifting, the liquid metal column 10 is accelerated upwards if the lifting force is greater than gravity and this results in a decrease in lifting force as a result of the reduction in column cross-section, whereas the opposite is true when the lifting force is less than gravity. Although this full effect of the lift device is applied to a large portion of the length of the liquid metal column and solidified bar product in the lift tube, column portions at the lower and upper ends of the lift tube, which lift only about half of the above, are supported by the pressure to raise the liquid column, respectively. , and a lifting force exerted by the starting rod 40. Thus, when the liquid column is erected, a small upward acceleration is provided by these lower end region lift forces, and when the liquid metal 25 column moves slowly upward to a point approximately corresponding to the radius of the lift windings, it enters fields strong enough to stabilize and maintain the column substantially that its contact with the riser is substantially unpressurized. Therefore, by increasing the fluid pressure, it is possible to increase the flow rates upwards and most commonly the fluid pressure at the beginning can be used to control such flow, with the booster device maintaining such an initial flow at a relatively constant value over the entire upper length of the fluid column.

li 68993li 68993

Kun mielenkiinto kohdistuu valulaitteiston ja erityisesti kohottajakokoonpanon koon rajoittamiseen ja myös tehonsyöttövaatimusten pienentämiseen nestepylvään ylläpitämiseksi jähmettämisvyöhykkeen läpi, mahdollisim-5 man suuri lämmönvaihtotehokkuus on toivottava ja tässä tarkoituksessa yllä kuvattu läramönvaihdin aikaansaa itse asiassa tilan, joka lähestyy vesisammutusta ympäröimällä tehokkaasti kohoavan nestemetaallipylvään nopeasti vir-taavalla, pyörteisellä, mutta melko pienen poikkileikkauk-10 sen omaavalla nestejäähdytysaineen rengasmaisella virralla. Lämmönvaihto metallipylvään 20 ja ympäröivän grafiittiput-ken 25 välillä, joka nojaa lämmönvaihdinkokoonpanon ruostumattoman terässisäseinämän sylinterimäistä pintaa vastaan, muodostaa erittäin tehokkaan lämmönsiirtokyvyn. Tä-15 män lämmönvaihtimen kuvatussa muunnoksessa tätä kykyä parantavat edelleen lyhyet sisäiset rengasmaiset rivat 43, jotka toimivat esteinä laminaarivirtaukselle aiheuttaen pyörteisyyttä jäähdytysnesteeseen, joka liikkuu alaspäin lämmönvaihtimen läpi yläkokonaisuudesta 31 alakoko-20 naisuuteen 32.With an interest in limiting the size of the casting equipment, and in particular the riser assembly, and also reducing power supply requirements to maintain the fluid column through the solidification zone, the highest possible heat exchange efficiency is desirable. , but with a rather small cross-section with an annular flow of liquid coolant having it. The heat exchange between the metal column 20 and the surrounding graphite tube 25, which rests against the cylindrical surface of the stainless steel inner wall of the heat exchanger assembly, provides a highly efficient heat transfer capacity. In the described variation of this heat exchanger, this capability is further enhanced by short internal annular fins 43 which act as barriers to laminar flow, causing turbulence in the coolant moving downward through the heat exchanger from the upper assembly 31 to the lower assembly 32.

Vaikka teoria ei aseta mitään rajaa tämän keksinnön menetelmällä valettujen tuotteiden poikkileikkauksen koolle, vallalla olevat käytännön seikat määrittävät tangon halkaisija-alueen valettuna välille n. 5-50 mm, suo-25 situksen kuparitangon tapauksessa ollessa 8-30 mm. Kuuma-valssaus antaa sitten halutun tankohalkaisijän ja hieno-rakeisen rakenteen, joita vaaditaan langan vetoon. Joka tapauksessa kohottajaputken 25 sisähalkaisija ja käyttöpara-metrit valitaan kuitenkin niin, että suositeltavan toteu-30 tuksen mukaisesti pylvään 20 nestemetallin ja putken 35 välillä on mahdollisimman pieni rengasmainen rako. Tämä pätee sen pisteen alapuolella, jossa nestemetallin jähmettyminen johtaa pylvään poikkileikkauksen pinta-alan kutistumiseen, vaikka tämä kutistuma on melko pieni. Numerolla 35 45 kuvioissa 2 ja 3 esitetty rako on kaavamainen eikä sitä 14 68993 ole tarkoitettu rengasmaisen raon sijainnin ja mittojen tarkaksi esitykseksi.Although the theory does not set any limit on the cross-sectional size of the products cast by the method of the present invention, the prevailing practical considerations determine the diameter range of the rod when cast between about 5-50 mm, with the preferred copper being 8-30 mm. Hot rolling then gives the desired bar diameter and fine-grained structure required to draw the wire. In any case, the inner diameter and operating parameters of the riser tube 25 are selected so that, according to the preferred embodiment, there is the smallest possible annular gap between the liquid metal of the column 20 and the tube 35. This is true below the point where solidification of the liquid metal results in shrinkage of the cross-sectional area of the column, although this shrinkage is quite small. The gap shown in Figures 2 and 3 at 35 45 is schematic and is not intended to be an accurate representation of the location and dimensions of the annular gap.

Kokeessa, jonka tarkoituksena oli testata tämän uuden menetelmän kykyä tuottaa olennaisesti homogeenisia 5 valukappaleita lejeeringistä, jolla on taipumus eri komponenttien selektiiviseen erkaantumiseen ja jähmettymiseen, alumiini-pronssilejeerinki sulatettiin ja valettiin kolme eri kertaa tämän keksinnön mukaisesti käyttäen olennaisesti yllä kuvatun kaltaista laitteistoa niillä 10 poikkeuksilla, että (1) lämmönvaihdin oli yksinkertainen kupariputki, joka oli kierretty kohottajaputken 25 ympärille ja lämmönvaihtokosketukseen sen kanssa (kuten kuviossa 4 on esitetty) ja (2) nestemetallipylväs 20 pystytettiin ja ylläpidettiin poistamalla sulatetta upokkaasta 10 män-15 tätoiminnalla omapainovirtauksen sijasta pidätysuunista. Analyysitulokset lejeeringistä, jota käytettiin sulan metallin muodostamiseen, ja kolmesta tankotuotteesta esitetään taulukossa I josta ilmenee, että käytetyn analyyttisen ja näytteenottotekniikan tarkkuuden puitteissa lejee-20 ringin koostumuksen yhtenäisyys oli täysin ylläpidetty.In an experiment to test the ability of this new method to produce substantially homogeneous castings from an alloy that tends to selectively separate and solidify various components, the aluminum-bronze alloy was melted and cast three times in accordance with this invention using equipment substantially as described above. (1) the heat exchanger was a simple copper tube wound around the riser tube 25 and in heat exchange contact therewith (as shown in Figure 4) and (2) a liquid metal column 20 was erected and maintained by removing melt from crucible 10 by piston-15 operation instead of self-weight flow from the holding furnace. The analytical results of the alloy used to form the molten metal and the three bar products are shown in Table I, which shows that within the accuracy of the analytical and sampling techniques used, the consistency of the alloy-20 ring composition was fully maintained.

Taulukko ITable I

Alkuaine Lähtöaine Ajo 1 Ajo 2 Ajo 3Element Starting material Run 1 Run 2 Run 3

Fe 2,64 % 2,69 % 2,65 % 2,71 %Fe 2.64% 2.69% 2.65% 2.71%

Sn 0,01 % 0,03 % 0,01 % 0,02 % 25 Zn 0,01 % 0,03 % 0,02 % 0,02 % AI 10,35 % 10,12 % 10,02 % 10,05 %Sn 0.01% 0.03% 0.01% 0.02% 25 Zn 0.01% 0.03% 0.02% 0.02% Al 10.35% 10.12% 10.02% 10, 05%

Mn 0,49 % 0,76 % 0,68 % 0,72 %Mn 0.49% 0.76% 0.68% 0.72%

Si 0,028 % 0,049 % 0,039 % 0,46 %Si 0.028% 0.049% 0.039% 0.46%

Ni 5,00 % 4,99 % 4,90 % 4,99 % 30 Muut 0,03 % 0,03 % 0,03 % 0,03 %Ni 5.00% 4.99% 4.90% 4.99% 30 Other 0.03% 0.03% 0.03% 0.03%

Cu Rem Rem Rem RemCu Rem Rem Rem Rem

Kuvion 4 laitteisto on alakokoonpano, joka käsittää kohottajaputken 50 ja 12 erillisen kuparijäähdytysputkenThe apparatus of Figure 4 is a subassembly comprising a riser tube 50 and 12 separate copper cooling tubes

IIII

15 68993 sarjan, jota on merkitty numerolla 52 ja joka on kierretty putken 50 päälle ja harvennettu koko pituudeltaan ja yhdistetty erikseen jäähdytysnesteen, kuten vesijohtoveden lähteeseen (ei esitetty). Putket 52 on myös toimi-5 vasti yhdistetty kolmen ryhmissä kuviossa 5 esitetyn monivaiheisen virtalähteen peräkkäisiin vaiheisiin yllä kuvattua ylöspäin nostavaa vaikutusta varten ja palvelemaan näin kahta olennaista tarkoitusta. Samoin kuin kuviossa 3 yksityisiä käämiryhmiä on esitetty kirjaimilla 10 A, B, C, jotka viittaavat kuvion 5 kaavion kolmeen vaiheeseen, joka kaavio esittää laitteiston ja sen teholähteen virtapiiriä. Näin ollen tämä alakokoonpano ottaa kohottaja-putken 25, lämmönvaihtimen 30 ja kahdentoista käämin 28 paikan kuvion 3 laitteistossa, mutta toimii käytössä 15 esitetyllä tavalla aikaansaaden sekä kohotuksen että rajoittamisen tai muottitoiminnot. Toisin sanoen tätä laitteistoa käytetään sillä tavoin, että nestemäinen metallipylväs 55, kuten pylväs 20 on painoton suurimmalta osalta pituuttaan, mutta toisin kuin pylväs 20, sitä pi-20 detään samalta pituudelta irti kosketuksesta putken 50 kanssa, sen ollessa erotettu siitä rengasmaisella raolla 57, jolla on mieluummin pieni säteittäinen dimensio.15 68993 series, numbered 52, wound on the pipe 50 and thinned along its entire length and separately connected to a source of coolant, such as tap water (not shown). Tubes 52 are also operatively connected in series to the successive stages of the multi-stage power supply shown in Figure 5 for the upward effect described above and thus serve two essential purposes. As in Fig. 3, the private winding groups are indicated by the letters 10 A, B, C, which refer to the three stages of the diagram of Fig. 5, which diagram shows the circuit of the apparatus and its power supply. Thus, this subassembly takes the place of the riser tube 25, the heat exchanger 30 and the twelve windings 28 in the apparatus of Figure 3, but operates as shown in use 15, providing both lifting and limiting or mold functions. That is, this apparatus is used in such a way that a liquid metal column 55, such as column 20, is weightless for most of its length, but unlike column 20, it is held off the same length from contact with tube 50, separated from it by an annular gap 57 is preferably a small radial dimension.

Peitekaasua, joka ei ole haitallisesti reaktiivinen valettavan metallin kanssa, käytetään ja se voidaan syöt-25 tää tilaan 57 millä tahansa halutulla tavalla. Suosituksemme tähän tarkoitukseen kuparin valussa on typpi tai typen, vedyn ja hiilimonoksidin seos, jota saadaan polttamalla luonnonkaasua ja erottamalla ja poistamalla 1^0 ja CC>2 saaduista kaasuista.A cover gas that is not adversely reactive with the metal to be cast is used and can be fed to space 57 in any desired manner. Our recommendation for this purpose in copper casting is nitrogen or a mixture of nitrogen, hydrogen and carbon monoxide obtained by burning natural gas and separating and removing 1 ^ 0 and CC> 2 from the resulting gases.

30 Vastaavalla tavalla kuvion 6 alakokoonpanoa voidaan käyttää kuvion 3 vastaavien komponenttien tilalla, kun sähkömagneettinen kohotus ei ole välttämätön, mutta sähkömagneettista rajoitusta halutaan tai vaaditaan jatkuvasti valetun metallikappaleen tuotannossa. Näin ollen kuten 35 kuviossa 6 esitetään nestemäistä metallipylvästä 60 pidetään irti kosketuksesta kohottajaputken 61 kanssa pylvään 1ϋ 68993 siinä osassa, jossa pylvään pinnan jähmettymistä tapahtuu. Itse asiassa keksinnön prosessin tämän tavan suositeltavassa toteutuksessa sähkömagneettinen muottivaikutus ulottuu selvästi pylvään pinnan jähmettymistason alapuo-5 lelle, kuten se tekee kuviossa 4 esitetyssä toiminnassa, aikaansaaden ja ylläpitäen rengasmaista rakoa 63.Similarly, the subassembly of Figure 6 may be used in place of the corresponding components of Figure 3 when electromagnetic elevation is not necessary, but electromagnetic limitation is desired or required in the production of a continuously cast metal body. Thus, as shown in Fig. 6, the liquid metal column 60 is kept out of contact with the riser tube 61 in the part of the column 1 to 68993 where the surface of the column solidifies. In fact, in a preferred embodiment of this method of the process of the invention, the electromagnetic mold effect extends well below the solidification level of the column surface, as it does in the operation shown in Figure 4, providing and maintaining an annular gap 63.

Kuten kuvion 4 laitteistossa myös kuvion 6 vastaavassa on sarja kupariputkikeloja 62, mutta yhdistettynä yksivaiheiseen sähköteholähteeseen 64 ja ne toimivat 10 lisäksi jäähdytyslaitteena ollen hyvässä lämmönsiirtokos-ketuksessa grafiittiputken 61 kanssa, joka vastaa rakenteeltaan ja toiminnaltaan kohottamisputkia 25 ja 50. Jälleen toiminnassa vettä syötetään jatkuvasti maksimi-virtausnopeudella keloihin 62 sopivasti lähteestä (ei esi-15 tetty). Vesi, joka kuljettaa putkessa 61 olevasta kuumasta metallista absorpoitunutta lämpöä, puretaan keloista 62 joko säiliöön jäähdytystä ja uudelleenkierrätystä varten tai viemäriputkeen.As in the apparatus of Fig. 4, there is a series of copper tube coils 62 in Fig. 6, but connected to a single-phase electric power supply 64 and 10 also act as a cooling device in good heat transfer contact with a graphite tube 61 corresponding in structure and operation to the lift tubes 25 and 50. at a flow rate to the coils 62 suitably from a source (not shown). The water that carries the heat absorbed from the hot metal in the pipe 61 is discharged from the coils 62 either into a tank for cooling and recirculation or into a drain pipe.

Tämän keksinnön kuvioissa 7 ja 8 esitetty jatkuvasti 20 valettu kuparitankotuote valmistettiin keksinnön menetelmän suositeltavalla toteutuksella käyttäen kuvion 3 laitteistoa. Erityisesti valuoperaatio ylöspäin suoritettiin kuten kuvioihin 1-3 viitaten esitettiin, jossa sähkömagneettista kohotustapaa käytettiin nestemäisen kupa-25 ripylvään pitämiseen painottomana, mutta paineettomassa kosketuksessa kohottajaputken kanssa pylvään koko yläosan matkalta. Tankotuotteen lievästi aaltomainen, sileä, kiiltävä pinta on seurausta siitä, että pidetään nestemäinen kuparipylväs aiheuttamasta painetta sivutukiraken-30 teeseen kohdassa, jossa pylvään pinta on jähmettymässä.The continuously cast copper rod product shown in Figures 7 and 8 of the present invention was prepared by a preferred embodiment of the method of the invention using the apparatus of Figure 3. In particular, the upward casting operation was performed as shown with reference to Figs. 1-3, in which an electromagnetic lifting method was used to keep the liquid cup 25 column weightless but under pressure contact with the riser tube along the entire top of the column. The slightly wavy, smooth, shiny surface of the bar product is the result of keeping the liquid copper column from exerting pressure on the side support structure 30 at the point where the column surface is solidifying.

Se on myös seurausta pyörrevirroista, joita kohottava kenttä aiheuttaa jähmettyvään kupariin. Tämä täysin tiivis tuote (8,9 varsinaisilla mittauksilla ja laskennallisesti) oli kokonaisuudessaan koostumukseltaan ilmeisen 35 yhtenäinen. Tangon halkaisija oli melko tarkasti 16 mm,It is also the result of eddy currents caused by a rising field on solidifying copper. This completely dense product (8.9 by actual measurements and computation) was apparently 35 uniform in composition as a whole. The diameter of the rod was quite accurately 16 mm,

IIII

68993 17 mikä oli kohottajaputken 25 sisähalkaisija, jossa tanko valmistettiin. Tasainen, himmeä kaista tangon ala-tai vasemmassa päässä on halkaisijaltaan n. 2 mil suurempi kuin kiiltävät, uurteiset pinnan osat, jotka kiiltä-5 vät osat jähmettyivät olematta painekosketuksessa kohotta japutken kanssa. Tämä lyhyt, tasainen, himmeä kaista tangon alapäässä jähmettyi lämmönvaihtimen alueella, joka oli tehokkaan kohotusalueen alapuolella ja sula kupari oli tämän vuoksi painekosketuksessa kohottajaputken 10 kanssa. Ulkonäön ero niiden alueiden, jotka ovat paine-kosketuksessa ja niiden välillä, jotka eivät ole paine-koksetuksessa, on ilmeinen.68993 17 which was the inside diameter of the riser tube 25 in which the rod was made. The flat, opaque band at the lower or left end of the rod is about 2 mils larger in diameter than the glossy, grooved surface portions that solidified without being raised in pressure contact with the tube. This short, flat, opaque band at the lower end of the rod solidified in the region of the heat exchanger below the effective riser zone and the molten copper was therefore in pressure contact with the riser tube 10. The difference in appearance between areas that are under pressure contact and those that are not under pressure coke is obvious.

Claims

68993

A continuous casting process, particularly suitable for casting copper, aluminum, steel, copper-based alloys 5 and aluminum-based alloys into bars having a diameter of 8 to 30 mm, most preferably about 16 mm, in which the metal is passed through an elongate upward electromagnetic field surrounding the casting vessel. lower, characterized in that the electromagnetic field acting on the solid metal column is maintained at a value which lowers the hydrostatic pressure of the column and creates a substantial but small gap between the outer surface of the molten metal column and the inner surface of the casting vessel to maximize heat transfer between the metal column and the casting vessel. and to simultaneously reduce the weight, friction, and adhesion forces to a minimum.

A method according to claim 1, characterized in that at the initial stage of casting, a metal bar is connected to a molten metal column moving upwards through the field.

Apparatus for carrying out the method according to any one of claims 1-2, comprising an elongate, preferably refractory, tubular casting vessel (11,25,50,61) arranged in a vertical position, a crucible (10) in communication with the casting with the lower end of the vessel (11,25), means connected to the crucible for providing and transferring the molten metal column to the lower part of the casting vessel (11,25), heat exchange means (30,31,32) connected to the vessel for cooling and solidifying the molten metal, means ( 40) for removing solidified metal from the top of the vessel, characterized by an electromagnetic coil (28,52,62) placed around the vessel (11,25,50,61) along part 35 of its length and having a value in the field which lowers the hydrostatic pressure of the metal column; creates a substantial gap of 19 68993 but as small as possible between the outer surface of the molten metal column and the inner surface of the casting vessel.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the coil comprises a plurality of electromagnetic windings (28, 52) for connection to successive phases of a multi-phase electric power supply.

Apparatus according to one of Claims 3 to 4, characterized in that the multi-phase electric power supply is a three-phase generator for producing a uniform and symmetrical field. p *, ν 68993