FI73154C - Gjutraenna i en tippbar smaeltugn. - Google Patents

Description

73154

Kipattavan sulatusuunin valukouru Tämä keksintö liittyy sellaisen metallilejeeringin muottiin valamiseen kouruun, jonka valulämpötila on korkea, 5 ainakin 1400°C. Tällainen metallilejeerinki voi olla jotakin superlejeerinkiä tai seostettua terästä tai vähän seostettua terästä.

Superlejeeringit jaetaan kolmeen ryhmään: austeniit-tisiin teräksiin ja -lejeerinkeihin, jotka sisältävät yli 10 20 % rautaa, toisin sanoen pääasiassa sisältävät austeniit- tista rautaa, nikkeliä ja kromia tai austeniittista rautaa, kromia, nikkeliä ja kobolttia ja lejeerinkeihin, jotka sisältävät vähemmän kuin 20 % rautaa ja ovat joko nikkeli-tai kobolttiperustaisia. Superlejeeringit sisältävät lisäk-15 si karbideja tai eri metallien kuten molybdeenin, volfra-min, vanadiinin, niobin, titaanin ja alumiinin muodostamia faaseja. Niiden pääetuna on se, että ne ovat mekaanisesti ja kemiallisesti kestäviä ja että ne kestävät yhä korkeampia, toisin sanoen yli 900°C:n tai 1000°C:n lämpötiloja.

20 Myös niiden virumiskestävyyttä arvostetaan.

Näistä syistä niitä käytetään korkeita lämpötiloja kestämään joutuvien mekaanisten kappaleiden, kuten esimerkiksi metallurgisten uunin osien, lentokone-, avaruus- ja autoteollisuuden käyttämien osien, erityisesti kaasuturpii-25 nien ja turboreaktoreiden roottorien tai siivekkeiden, pa-koventtiilien, teollisuusuuneja varten tarkoitettujen läm-mitysosien ja käsittelypihtien, öljynjalostamojen putkistojen jne. valamiseen. Seostettuja tai vähän seostettuja teräksiä käytetään mm. mekaanisen teollisuuden ja rakennus-30 teollisuuden tarvitsemien osien (rakennusterästen) vala miseen .

Tällaisen lejeeringin valukouru voi olla sulatusuunin valukanava tai se voi liittyä valimon valusankoon.

Metallilejeerinki, jonka valulämpötila on korkea, 35 jähmettyy nopeasti lämpötilan laskiessa. Tällaisen jähmettymisen estämiseksi tämä metallilejeerinki pidetään edul- 2 73154 lisesti mahdollisimman pitkään erittäin kuumassa tilassa kuten uunissa, välttäen sen päästämistä viipymään uunin valukanavassa tai valukourussa kahden peräkkäisen valuope-raation välillä, joissa valukourun suulla oleva muotti 5 täytetään.

Tästä syystä sulatusastiana käytetään pyörivää tai kallistettavaa uunia kourun kallistamiseksi ja tyhjentämiseksi kahden peräkkäisen valun välillä antamalla sulan metallilejeeringin laskeutua uunin kuumennettuun sisäti-10 laan.

Kuten tunnettua käytetään myös käämin tai solenoidin muotoista induktoria, joka on upotettu valukourun tulenkestävään vuoraukseen koko kourun pituudelta toisio-kuumennusvirran johtamiseksi sulaan lejeerinkiin sen kul-15 kiessa valukourussa. Mutta tällaisella upotetulla indukto- rilla varustettu kouru ei kuumennakaan enää, jos siinä ei ole sulaa lejeerinkiä tai metallia kahden peräkkäisen valun välillä, kun kourua nostetaan metallilejeeringin laskemiseksi uuniin. Tästä seuraa, että kourua täytettäessä uudel-20 leen on olemassa vaara, että metalliseos alkaa jähmettyä sen tullessa riittämättömästi kuumennettuun valukouruun.

Ongelmana on siis poistaa vaara, että korkean, vähintään 1400°C:n valulämpötilan omaava metalliseos jäätyy ja jähmettyy valukanavassa kahden peräkkäisen muottiinva-25 lun välillä, kuumentamalla kanavaa myös silloin, kun siinä ei ole sulaa lejeerinkiä tai metallia.

Tähän tulokseen päästäisiin tosin, ainakin teoriassa, tunnetulla tavalla, lisäämällä kourun seinämään sähkö-vastuksia. Mutta käytännössä valukanavan kuumentaminen 30 Joulen ilmiöllä on vaikeata, jollei suorastaan mahdotonta toteuttaa, sillä lämpövastuksen laajenemisen vuoksi sitä on vaikea upottaa tulenkestävään vuoraukseen ja lisäksi tällaiseen upotettuun vastukseen on vaikea tuoda kanavaan kiinnitettyjen koskettimien kautta vahvaa virtaa, koska 35 tarvittava teho on suuri. Tästä syystä induktiokuumennusta pidetäänkin sähkövastuksilla kuumennusta parempana, sillä sopivasti jäähtynyt induktori ei aiheuta laajentumisongelmia 3 73154 kun se on upotettuna tulenkestävään vuoraukseen, ja virran johtaminen induktoriin eli siis kanavaan ei tarvittavasta suuresta tehosta huolimatta aiheuta sekään ongelmia, koska kanavan ja sähkövirtalähteen välillä on jaksoton generaat-5 tori, joka ottaa vastaan tämän suurtehovirran.

Keksinnön kohteena on kipattavan sulatusuunin valu-kouru, jonka poikkileikkaus on suljettua tyyppiä ja joka käsittää suoran osan ja taivutetun osan, joka kohoaa ylöspäin ja avautuu yläpinnalle valuaukkoon kohden muottia, jol-10 loin valukouru on tyyppiä, joka käsittää valukourun koko pituudelta kuumennusvälineet, jotka koostuvat induktorista, jonka lävitse johdetaan ensiövirtaa jaksottomasta generaattorista ja joka toimii yhdessä grafiittia olevan loisjohdin-muhvin kanssa, jonka lävitse virtaa indusoitu kuumennusvir-15 ta kun induktoriin syötetään ensiövirtaa.

Keksinnölle on tunnusomaista, että grafiittia oleva loisjohdinmuhvi käsittää suoran osan ja taivutetun osan, joka koostuu putkimaisista segmenteistä, joiden koveralla puolella olevat emäsuorat ovat lyhyempiä kuin diametraali-20 sesti vastakkaiset, kuperalla puolella olevat emäsuorat.

Tämän sovituksen ansiosta valukouru kuumenee induktiivisesta, kun induktoriin tulee ensiövirtaa, silloinkin kun kourussa ei ole sulaa metalliseosta, niin että kouru voidaan kuumentaa etukäteen, jopa ennen ensimmäistä 25 valukertaa ja tietysti kahden toisiaan seuraavan valuker- ran välillä lämpötilaan, joka takaa korkean valulämpöti-lan omaavan metalliseoksen juoksevuuden, kun se syötetään kouruun.

Muut ominaisuudet ja edut käyvät selville seuraa-30 vasta selityksestä.

Liitteenä olevassa piirustuksessa kuvio 1 on kaavamainen pystyleikkauskuva osittaisleikkauksineen kallistettavasta sähköuunista, joka on varustettu keksinnön mukaisella valukanavalla, kanavan ollessa valuasennossa; 35 4 73154 kuvio 2 on yksityiskohtainen leikkauskuva suuremmassa mittakaavassa kuin kuvio 1, keksinnön mukaisesta gra-fiittiputkesta ennen sen lopullista muotoilemista; - kuvio 3 on kaavamainen kuva induktiokuumennus-5 järjestelmästä, jossa on keksinnön mukainen induktori ja poisjohdinputki lopullisessa muodossaan; kuvio 4 on osittainen leikkauskuva kuviota 1 vastaava leikkauskuva valukanavasta odotusasentoon nostettuna kahdento is iaan seuraavan valun välillä.

10 Kuvion 1 suoritusesimerkin mukaan keksintöä on sovellettu tunnetuntyyppiseen sähköllä toimivaan sulatusuuniin 1,joka on pyörivä tai kallistettava ympyränkaa-renmuotoisella kallistusaltaalla 2, jota kannattavat pyörät 3 (vain yksi on esitetty kuviossa), jotka puo-15 lestaan on sovitettu runkojalustalle 4. Uuni 1 on lieska-uunin tyyppinen holviuuni 6, jossa lämpö säteilee. Leik-kausosassa on esitetty osa uunin tulenkestävästä vuorauksesta 7 ja uunitilasta 8, joka avautuu metallinvaluauk-koon kanavan 9 kautta. Kanava 9 on puolestaan liitetty 20 metallikotelossa olevaan ulkovalukouruun 10, joka on kiinnitetty toisesta päästään laipan 11 avulla irrotettavasti varsinaiseen uuniin 1 ja jonka toista päätä kannattaa pystysuora tuki A, jonka korkeutta voidaan mahdollisesti säätää ei-esitetyillä elimillä, esimerkiksi pinneruu-25 vityyppisellä tai säätöpyörällä. Kouru 10 käsittää, kuten tunnettua, tulenkestävän vuorauksen 12, joka on esimerkiksi alumiinisilikaaattisavea ja jonka sisässä on sylinterinmuotoinen, poikkileikkaukseltaan suljettu kanavaan 9 liitetty valukanava tai -kouru 13.

30 Valukanava 13, jonka akseli on merkitty viivalla XX ja jonka rakenne selvitetään tuonempana, käsittää suoran osan, jonka yleissuunta on käännettävissä molemmin puolin vaakasuoraa tasoa uunin 1 kallistuessa, ja ylöspäin nousevan taivutetun osan 14, joka avautuu kourun 10 35 yläpintaan valuaukon 15 kautta. Valuaukon 15 yläpuolelle uunin 1 ollessa kallistettuna valuasentoon, on sovitettu 5 73154 muotti Br jonka ulkoääriviivat on merkitty piste-katkoviivoin. Muotti B painetaan valuaukolle 15 puristuslaatan P avulla, joka toimii esimerkiksi ei-esitetyllä vivulla.

Uunitilaan 8 syötetään painetta johdon 5 kautta 5 jollakin neutraalilla kaasulla kuten argonilla tai typellä, jolloin juokseva metalliseoste saadaan siirtymään valu-aukolle saakka painetta säätelemällä ilman vaaraa, että juokseva metalliseoste hapettuisi joutuessaan kosketukseen tämän kaasun kanssa.

10 Kouru 10 (tai kanava 13) on kuumennettua tyyppiä.

Tätä tarkoitusta varten - mikä on tunnettua -metallisen käämin tai solenoidin (kuviot 1 ja 2) muodossa oleva induktori 17 on upotettu tulenkestävään vuoraukseen 12 samansuuntaisesti akselin XX kanssa seuraten kanavan 15 13 taivutettua muotoa lähes koko kanavan 13 pituudelta, mutta jättäen leveän renkaanmuotoisen tilan kanavan 13 ympärille, induktorin 17 kierteiden halkaisijan ollessa huomattavasti suurempi kuin kanavan 13 ulkoläpimitta.

Kuten tunnettua induktorin 17 kierteet ovat jäähdytetyt 20 sisältäpäin ei-esitetyllä vesivirtauksella, mikä estää kaikkinaiset laajentumisesta aiheutuvat ongelmat eli siis induktorin tunkeutumisen tulenkestävän vuorauksen 12 sisään. Induktorin 17 kierteiden päät ovat liitetyt sähkövirtaa tuottavan jaksottoman generaattorin 19 kah- 25 teen liittimeen. Sulan metalliseoksen kuumentuminen tapahtuu induktiivinesti tavanomaiseen tapaan, kun tämä metalliseos käyttää kokonaan kanavan 13 ja käämiin 17 tulee sähkövirtaa: ensiöpuolena toimii käämi 17 ja toi-siopuolena juokseva metalliseos.

30 Keksinnön mukaan kanavan 13 lämmittämiseksi sil loinkin kun kanavassa 13 ei ole juoksevaa metallia, kanavan 13 valupohjan ympärille toisin sanoen sen päällvstysvai-pan 16 ympärille on sovitettu grafiittia oleva kanavan 13 kanssa samanakselinen eli siis akselin XX kanssa saman-35 suuntainen muhvi 20, tämän muhvin, jota sanotaan lois-johdinmuhviksi, muodostaessa itse asiassa toisiopuolen 6 73154 induktiojärjestelmässä, jossa käämi 17 toimii ensiöpuo-lena. Loisjohdinmuhvi 20 on upotettu tai työnnetty laajoin mittatoleranssein tulenkestävään vuoraukseen 12 lähelle juoksevan metalliseosteen virtausalustan muodosta tavaa sisäseinämää, mutta niin ettei se muodosta tätä virtausalustaa. Kanavan 13 päällystys on suoritettu tuonen-pana selitetyllä tavalla.

Mieluiten grafiittia olevan loisjohdinmuhvi tai -putki 20 on taivutettu seuraavalla tavalla suorasta ^q aihiosta 21 (kuvio 2) lähtien:

Se käsittää suoran putkimaisen osan 21, joka osasta pituuttaan, sen toisesta päästä lähtien, on leikattu pitkin akseliin XX nähden viistoja tasoja 22, jotka ovat viistona vuorotellen yhteen ja sitten vastakkaiseen suun-taan, näiden viistotuksien ollessa symmetriset, putkimaisiksi segmenteiksi,joita tässä esimerkissä on kuusi. Segmenttien 23 tällä tavoin viistosti rajatut diametraa-lisesti vastakkaiset emäviivat ovat vuoroon lyhyet vuoroon pitkät. Kääntämällä kutakin segmenttiä 23 peräkkäin 1°C 2q edelliseen segmenttiin nähden'liu1uttamalla viistoja erottavia pintoja 23 pitkin ja kääntämällä ennen kaikkea ensiksi suoran osan 21 viereistä segmenttiä 23 suoraan putkimaiseen osaan 21 nähden, ja jatkamalla tätä kääntämistä asteittain saadaan kuvion 3 mukainen putkikaari, 25 jonka putkimaisten segmenttien 23 emäviivat ovat lyhyemmät koveralta puolelta kuin kuperan puolen diametraalises-ti vastakkaiset emäviivat.

Lopuksi kanavan 13 päällystämiseksi sekä sen suoran osan että sen taivutetun osan osalta ja grafiittia 30 olevan loisjohdinmuhvin 20 estämiseksi joutumasta suoraan kosketukseen juoksevan metalliseoksen kanssa ennen kaikkea segmenttien 23 välisistä liitoskohdista, jatkuva, sileä, tulenkestävää ainetta oleva taivutettu vaippa 16 on sovitettu loisjohdinmuhvin 20 sisäpinnoitteeksi, joka 35 peittää segmenttien 23 välit vastakkaiselta puolelta kuin missä muhvi 20 on kosketuksessa tulenkestävän vuorauksen 1 73154 12 kanssa. Vaippa 16 muodostaa näin kanavan 13 tiiviin lopullisen pinnan, vaikka varsinaisessa vuorauksessa 12 onkin laajoin mittavälyksin toteutettu sisätila. Toisin sanoen vaippa 16 muodostaa sulan metalliseoksen virtaus- 5 alustan, jonka seoksen kanssa sen on tarkoitus olla välittömässä kosketuksessa.

Toiminta:

Uunin metallipanosta sulatettaessa uuni 1 on mieluiten kallistettuna tai käännettynä siten, että virtaus-10 kourun 10 suora osa on ylösnostetussa tai ylöspäin kallistetussa asennossa, jotta juokseva metalli ei pääse virtaamaan kanavaan 13. Uuni on siis maksimaalisesti kallistettuna (kuvio 4) eikä kouru 10 nojaa enää tukeen A.

15 Juuri tätä sulatusvaihetta, jolloin kanava 13 on tyhjänä, käytetään päällystevaipan 16 eli siis kanavan 13 seinämän esikuumentamiseen induktiivisesti grafiittia olevan loisjohdinmuhvin tai -putken 20 avulla.

Generaattorin 19 syöttämä sähkövirta kulkee ensiö-20 käämin 17 kautta, josta toisiovirta johtuu grafiittia olevaan lcisjohdinputkeen 20.

Se puolestaan kuumentaa kosketuksen kautta päällys-tevaippaa 16.

Kun uunin 1 metallipanos on sulanut, uuni 1 kal-25 listetaan kuvion 1 mukaiseen asentoon valamista varten niin pitkälle, että kouru 10 nojaa tukeen A. Sula metalli syöksyy esikuumennettuun valukanavaan 13 nousematta kuitenkaan aukolle 15 saakka,jota vasten painettuna on muotti B, koska juoksevan metallipanoksen yläpuolella vallitseva 30 neutraalilla kaasulla aikaansaatu paine pidetään alhaisessa arvossa, joka on säädetty juuri sille tasolle, että sulan metallin pinta on aukon 15 pinnan alapuolella. Induktori 17, johon generaattori 19 edelleen syöttää sähkövirtaa, toimii tällöin sulan metallin kanssa, joka, kun 35 sen läpi kulkee induktion avulla toisiovirta, kuumenee ja pysyy halutussa lämpötilassa, joka on olennaisesti 8 73154 korkeampi kuin 1400°C, aina siihen saakka, kunnes neut-raalikaasupaine nostetaan uunissa 1 sulan metallin nostamiseksi aukon 15 tasolle ja sen työntämiseksi muottiin B ja muotin täyttämiseksi sillä.

5 Näin valukanavan 13 sisältävä tai sen läpi virtaa- va juokseva metalli tai -seos pysyy kaikissa olosuhteissa kuumennettuna lämpötilaan, joka on lähes yhtä korkea kuin uunin 1 sisällä vallitseva lämpötila.

Keksintöä voidaan tietysti soveltaa myös ilman sulo laa metallia valukanavalla varustetun uunin kanavan tai erillisen valukourun induktiokuumentamiseen, jota syötetään yksinkertaisella valusangolla, joka ei kuumenna itse ja jota ei ole kuumennettu.

Claims (5)

9 73154

1. Kipattavan sulatusuunin valukouru, jonka poikkileikkaus on suljettua tyyppiä ja joka käsittää 5 suoran osan ja taivutetun osan (14), joka kohoaa ylöspäin ja avautuu yläpinnalle valuaukkoon (15) kohden muottia (B), jolloin valukouru on tyyppiä, joka käsittää valukourun koko pituudelta kuumennusvälineet, jotka koostuvat induktorista (17), jonka lävitse johde-10 taan ensiövirtaa jaksottomasta generaattorista (19) ja joka toimii yhdessä grafiittia olevan loisjohdinmuh-vin (20) kanssa, jonka lävitse virtaa indusoitu kuu-mennusvirta kun induktoriin (17) syötetään ensiövirtaa, tunnettu siitä, että grafiittia oleva loisjoh-15 dinmuhvi käsittää suoran osan (21) ja taivutetun osan (23), joka koostuu putkimaisista segmenteistä, joiden koveralla puolella olevat emäsuorat ovat lyhyempiä kuin diametraalisesti vastakkaiset, kuperalla puolella olevat emäsuorat.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valukouru, tunnettu siitä, että grafiittia oleva loisjoh-dinmuhvi (20) on tehty lähtien suorasta putkimaisesta aihiosta (21), joka on leikattu alkaen aihion toisesta päästä ja osalta sen pituutta, pitkin viistoja erotus-25 tasoja (22), jotka ovat viistoja vuorotellen yhteen ja sitten vastakkaiseen suuntaan, jolloin nämä viistotuk-set ovat symmetriset siten, että muodostuu putkimaisia segmenttejä (23), joiden diametraalisesti vastakkaiset emäsuorat ovat vuorotellen lyhyitä ja pitkiä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen valu kouru, tunnettu siitä, että grafiittia oleva loisjohdinmuhvi (20) käsittää taivutetun osan (23), joka koostuu putkimaisista segmenteistä (23), joita erottaa erotustasot (22), joiden viistous vaihtelee 35 symmetrisesti, jolloin kukin segmentti (23) on kään- 10 73154 netty edelliseen segmenttiin nähden peräkkäin 180° liu'uttamalla viistoja erotustasoja (22) pitkin alkaen suoran putkimaisen osan (21) viereisestä putkimaisesta segmentistä (23) ja jatkamalla tätä kääntämistä seg-5 mentistä toiseen.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kanava, tunnettu siitä, että grafiittia oleva lois-johdinmuhvi (20) on upotettu tulenkestävään vuoraukseen (12) mainitun vuorauksen (12) sisäseinämän lähei- 10 syyteen laajoin mittatoleranssein, jolloin mainittu muhvi (20) ei muodosta sulan metallilejeeringin vir-tausalustaa.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valukouru, tunnettu siitä, että grafiittia oleva lois- 15 johdinmuhvi on päällystetty tulenkestävän vuorauksen (12) kanssa kosketuksessa olevan puolen vastakkaiselta puolelta tulenkestävää ainetta olevalla jatkuvalla ja sileällä taivutetulla vaipalla (16), joka on kourun (13) tarkka viimeistely ts. päällyste muodostaa sen sulan 20 metallilejeeringin virtausalustan, jonka kanssa lejee-rinki on tarkoitettu joutumaan välittömään kosketukseen. 11 73154