FI73373B - Foerfarande och anordning foer minimering av skumbildning vid smaelt metalls fria fall in i formar, traog och motsvarande kaerl. - Google Patents

Description

1 73373

Menetelmä ja laite vaahdon muodostuksen minimoimiseksi sulan metallin pudotessa vapaasti muotteihin, kaukaloihin ja vastaaviin astioihin. -Förfarande och anordning för minimering av skumbildning vid smält metalls fria fall in i formar, träg och motsvarande kari.

Tämän keksinnön kohteena on laite vaahdon muodostuksen minimoimiseksi sulan metallin yläpinnassa kaadettaessa metallia muotteihin tai vastaaviin astioihin tai sulan metallin pudotessa vapaasti uunista kaukaloon tai metallin syöksyessä kaukalosta toi seen.

Sulaa metallia, kuten sinkkiä kaadettaessa tai sen pudotessa vapaasti muodostuu sulan metallin yläpintaan huomattava määrä metalli vaahtoa. Tämä vaahto kuoritaan normaalisti sulan metallin pinnasta käsin. Tämä työ on vaivalloista, vaatii työntekijät lähelle sulaa metallia ja tuottaa suuria määriä metalli vaahtoa, joka pitää ottaa talteen.

Hakijan suorittamat kokeet kaadettaessa sulaa sinkkiä muotteihin ovat osoittaneet, että vaahdon muodostuminen johtui siitä, että putoava sulametallivirta vangitsi mukaansa ilmaa. Tällöin ilma siirtyy sulan metallin pinnan alle muodostaen ilmakuplia sulaan metalliin. Hapettumisen johdosta kuplien sisäpintaan muodostuu ohut mutta sitkeä sinkkioksidika Ivo. Nämä kuplat nousevat pintaan ja niiden työntyessä pinnassa esiin voidaan todeta, että myös kuplien ulkopinta hapettuu ja kun kysymyksessä ovat suuret kuplat (halkaisija noin 12,7 mm) voidaan todeta, että osa kuplan yläpintaa voi jähmettyä välittömästi siitä huolimatta, että sen alapuolella oleva metalliaines pysyi nestemäisenä useita minuutteja pidempään.

Ymmärrettyään sen, että sulan metallin päälle muodostuva vaahto johtuu sinkkioksidikalvon muodostumisesta kuplien pintaan, hakija tutki useita menetelmiä, joilla kuplat voitaisiin joko vapauttaa tai estää muodostumasta. Tämän tutkimuksen tuloksena hakija on oivaltanut, että vaahdon muodostuminen voidaan minimoida pitämällä sula metalli muottia täytettäessä tai sulan 2 73373 metallin pudotessa vapaasti kaukaloihin tai muihin astioihin olennaisesti hapettumattomassa ilmakehässä, jolloin saadaan estetyksi se, että putoava virta vangitsisi sulaan metalliin riittävästi happea muodostamaan liian suurta määrää sitkeällä hapettuneella kalvolla varustettuja kuplia, jotka eivät hajoa noustessaan sulan metallin pintaan vaan muodostavat sen sijaan tähän pintaan ei-toivottua vaahtoa.

Hapettumaton ilmakehä muodostetaan edullisesti jollakin inertillä kaasulla, kuten typellä ja se voi sisältää pienen määrän happea, esim. korkeintaan 2% muodostamatta liian suuria määriä kuplia.

Yllä esitetty menetelmä voidaan suorittaa asettamalla kansi sulan metallin astian päälle ja tekemällä siihen aukko sulan metallin läpikulkua varten sekä elimet hapettamattoman kaasun syöttämiseksi kannen alle.

Edellä esitetty menetelmä voitaisiin suorittaa myös jatkuvassa laattavalukoneessa, johon kuuluu sarja päättymättömälle ketjukul-jettimelle asennettuja, lähekkäisiä ja ylhäältä avoimia harkko-muotteja järjestämällä kuomu valukoneen päälle täyttöasemassa ja syöttämällä hapettamatonta kaasua kuomun alle. Kuomun tulo- ja poistopäässä sekä sen sivuilla tarvittaisiin tiivisteet hapettamattoman kaasun liiallisen häviön estämiseksi. Kuomussa pitäisi luonnollisesti olla tiivistetty aukko sulan metallin toimittamiseksi sen yhden seinän läpi.

Edellä esitetty menetelmä voitaisiin lisäksi suorittaa jatkuvassa laattavalukoneessa EP-hakemuksessa 88 071 esitetyn laitteen avulla, jolla laite käsittää kuomun tai kotelon sijoitettuna lyhyen välimatkan päähän liikkuvien muottien yläpuolelle ja sovitettuna peittämäään kaksi vierekkäistä muottia. Kotelon yläosassa on aukko sulan johtamiseksi muottiin samoinkuin sivussa on aukko hapettamattoman kaasun johtamiseksi kotelon alle. Kuitenkaan tämä laite ei mahdollista hapettamattoman kaasun riittävää jakautumista muotteihin.

Keksinnön mukaiseen laitteeseen kuuluu kansilevy, joka on

Il : 3 73373 sijoitettu ennalta määrätyn välimatkan päähän useiden astioiden tai harkkomuottien yläpuolelle ja jossa on aukko sulan metallin valamiseksi kuhunkin astiaan niiden kulkiessa aukon alta. Kansi-levy ulottuu ennalta määrätyn matkan mainitun aukon etu- ja takapuolelle ja siinä on ennalta määrätty määrä sen pituussuunnassa sijoitettuja reikiä hapettamattoman kaasun syöttämiseksi kansile-vyn läpi hapettamattoman ilmakehän muodostamiseksi progressiivisesti astioihin niiden lähestyessä kansilevyn aukkoa sekä tämän ilmakehän ylläpitämiseksi astioissa niiden ohittaessa mainitun aukon.

On välttämätöntä, että kansilevy ulottuu tietyn matkaa muotin täyttöaukon etupuolelle tarvittavan hapettamattoman ilmakehän muodostamiseksi progressiivisesti ja samoin kansilevyssä pitää olla takaosa tarvittavan hapettamattoman ilmakehän säilyttämiseksi. Etupään pituuden määrää kuljetinhihnan nopeus, astian tilavuus, astia välin peittämiseksi ja näiden tekijöiden vaikutus halutun ilmakehän aikaansaamiseksi tarvittavan puhdistus-kaasun tilavuuteen. Poistopään pituuden määrää se pneumaattinen vastus, joka tarvitaan ilman paluuvirtauksen estämiseksi täytettävään astiaan.

Kuljetinhihnan nopeuden ollessa 5 cm sekunnissa ja täytettäessä noin 25 kg harkkomuotteja on havaittu, että voidaan saavuttaa alle 0,5 % happipitoisuudet solien ollessa korkeintaan 7,6 mm ja kaasun virtausnopeuksien alle 57 Nm /h käyttämällä levyä, jonka pituus on yhtä suuri kuin viiden muotin leveys (kolme ennen ja kaksi jälkeen muotin käyttöaukon).

Keksintöä selvitetään seuraavaksi esimerkin muodossa viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa:

Kuvio 1 esittää laitetta, jolla suoritetaan laboratoriokokeita käyttämällä kiinteätä laattamuottia.

Kuvio 2 on esimerkki laitteesta, jota käytetän valettaessa sulaa metallia yksittäisiin muotteihin jatkuvassa harkkovalu- koneessa.

73373

Kuvio 3 on leikkaus pitkin kuvion 2 linjaa 3-3.

Kuvio 4 on leikkaus pitkin kuvion 2 linjaa 4-4.

Kuvio 5 on graafinen esitys olan mitoituksen muuttumisen vaikutuksesta happipitoisuuteen muotin ilmakehässä kiinteällä typen kulutuksella.

Kuvio 6 on graafinen esitys typpikulutuksen muutoksen vaikutuksesta happipitoisuuteen muotin ilmakehässä kahdella eri solamitoituksella.

Kuviot 7 ja 8 esittävät muotin suoritusmuotoja kaasun virtausvaa-timuksen vähentämiseksi.

Kuvio 9 esittää toista mahdollista suoritusmuotoa, joka vähentää kaasuvirtausta mutta käsittää hankaamattoman tiivisteen.

Kuviossa 1 esitettyyn laboratoriolaitteeseen kuuluu altavaluastia 10, jota käytetään sulan sinkin syöttämiseksi laattamuottiin 12 muotin yläosan sulkevan kannen 14 läpi. Astian pohja on varustettu aukolla, joka on kohdakkain kannessa 14 olevan vastaavan aukon kanssa ja kyseinen pohja on kiinnitetty kanteen jollakin sopivalla tavalla, kuten hitsaamalla. Astian pohjassa oleva aukko on suljettu tulppaventtiilillä 16, joka voidaan avata haluttaessa valaa sulaa metallia muottiin. Kansi on tiivistetty muottiin O-renkaalla 18. Mitoitettu typen tulokanava 20 ja pakokanava 22 on järjestetty kannen läpi sopivan hapettamattoman ilmakehän säilyttämiseksi muotin yläpinnassa.

Valmistava koe suoritettiin täyttämällä astia sulalla sinkillä ja avaamalla sen jälkeen venttiili muotin täyttämiseksi. Varsin suuri määrä vaahtoa muodostui sulan metallin pintaan. Sama menettely toistettiin lukkuottamatta sitä, että peitetty muotti puhdistettiin typellä ennen venttiilin avaamista muotin täyttämiseksi. Muotti avattiin pian täytön jälkeen ennen jähmettymistä metallin saattamiseksi jähmettymään ilmassa. Sulan metallin pinnalla ei esiintynyt vaahtoa. 1 5 73373

Sarja valukokeita suoritettiin vaihdellen samalla metallin valulämpötilaa ja typen happipitoisuutta. Metallin valulämpö-tilan muutoksen vaikutukset havaittiin normaalilla sinkin valulämpötila-alueella 460 - 530°C. Puhdistus tai huuhtelu suoritettiin kaasun virtausnopeuksilla 20 1/min. 1 minuutin ajan typpi-ilmakehien vaihdellessa kaupallisesta puhtaudesta 2 % happipitoisuuksiin. Laattaharkkoihin saatiin vaahdottomat pinnat typen happipitoisuuksien vaihdellessa 0:sta noin 2 ?ό:ϋη. Havaittiin myös, että lämpötilan ja hapen vaikutukset ovat vuorovaikuttavia hyväksyttävien laattapintojen valmistuksen suhteen. Olosuhteet hyväksyttävien pintojen aikaansaamiseksi laa11aharkoi 11e on esitetty yhteenvetona seuraavaksi: (a) Kaupallisesti puhdas typpi-ilmakehä lämpötiloissa alle 450°C. Nämä olosuhteet aikaansaavat säihkyvän, kiteisen pinnan, joka näkyy täysin läpinäkyvän oksidikalvon läpi. Lämpötiloissa yli 45 0°C havaittiin ilmiö, jota yleensä kutsutaan nimellä "värjäytyminen", jossa värit vaihtelevat o 1jenvärisestä tummaan purppuraan.

(b) Hapetus noin 2 % happipitoisuudessa lämpötila-alueella 450 - '475°C. Nämä olosuhteet saavat aikaan tasaisen hopeanharmaan oksidikalvon harkon pintaan.

Edellä esitetty menetelmä voidaan myös totettaa jatkuvassa laattavalukoneessa, kuten Sheppard-valukoneessa, josa on useita muotteja asennettu päättymättömään ketjukuljettimeen. Tällaisisa koneissa voidaan hapettamaton ilmakehä muoddostaa kuvulla, joka ympäröi valuko-netta täyttöasemassa. Sulaa metallia syötettäisiin uunista kuvun sisään sijoitettuun valusankoon ja valusangosta muotteihin niiden kulkiessa täyttöaseman ohi. Kuvun läpi olisi järjestetty mitoitettu typen tulokanava sekä pakokanava hapettamattoman ilmakehän muodostamiseksi kupuun. Typpi-i1 ma kehä pitää säilyttää kuvussa lievässä ylipaineessa siten, että ympäröivä hapettava ilmakehä kuvun ulkopuolella ei pääse tunkeutumaan kupuun muotin tulo- ja poistosolien kautta. Kuvun tulo- ja poistopäässä tarvittaisiin kuitenkin tiivisteet typpikaasun liiallisen 6 73373 häviön estämiseksi.

Kuviossa 2 on esitetty sarja lähekkäin olevia ylhäältä avoimia harkkomuotteja 30, jotka on asennettu päättymättömään ketjukul-jettimeen 32, jonka kulkunopeus on noin 5 cm sekunnissa nuolen A osoittamaan suuntaan. Kaikissa harkkomuoteissa on tasaiset yläpinnat. Kiinteä kansilevy 34 on sijoitettu lähelle mutta ennalta määrätyn välimatkan D päähän muottien yläpinnasta ja se kattaa ennalta määrätyn määrän muotteja ennen ja jälkeen metallin kaato- tai valuaseman, joka on asennettu kansilevyn päälle. Metallin valuasema on rakenteeltaan tavanomainen käsittäen kaukalon 36, joka päättyy syöksytorveen 38 sulan metallin syöttämiseksi valusankoon 40. Sanko 40 kallistetaan tietyin väliajoin metallin kaatamiseksi peräkkäisesti kuhunkin muottiin kansilevyssä oleva valuaukon 42 kautta. Erotin 44 on sijoitettu kaukalon päähän sulan metallin pinnalla mahdollisesti olevan kuonan vangitsemiseksi.

Kvion 3 mukaisesti kansilevy 34 on varustettu ennalta määrätyllä määrällä kaasun tulokanavia 46 ja inerttiä kaasua syötetään näihin kanaviin tai soliin etuputkiston 48 ja pääputkiston 30 kautta. Inerttiä kaasua syötetään levyn alle tulevaan ensimmäiseen muottiin kolmen kaasun tulokanavan kautta muottien puhdista mi sksi nopeasti sekä levyn alla jäljellä oleviin muotteihin yhden kanavarivin kautta happipitoisuuden alentamiseksi progressiivisesti ja sen pitämiseksi valuasemassa ennalta määrätyn arvon alapuolella. Mukana on myös happiputkisto 32 inertin kaasun syöttämiseksi valusangon koteloon 54 ja syöksytorven koteloon 56. Kansiliuskat 58 on sijoitettu muottien välisiin rakoihin kaasun liiallisen vuotamisen estämiseksi näiden rakojen kautta.

Kuvion 4 mukaiessti levyn 34 leveys on yhtä suuri kuin muottien 30. Inertti kaasu työntyy muotteihin kaasukanavista tai -solista 46 ja virtaa ulos kansilevyn sivuilla ja päissä olevien rakojen läpi. Kannen leveys sekä astian leveys

II

7 73373 verrattuna astian sisätilaan riippuvat siitä pneumaattisesta vastuksesta, joka tarvitaan ’estämään ilman paluuvirtaus muotteihin.

On havaittu, että säätämällä kansilevyn 34 pituutta, kaasun purkausaukkojen määrää ja sijaintia, kaasun virtausnopeutta ja muottien ja kansilevyn välistä rakoa, voidaan inertti ilmakehä säilyttää valuaukon 42 alapuolella tarvitsematta käyttää kontaktitiivisteitä. Kaasun tuloaukkojen välin, raon mitoituksen ja inertin kaasun (typpi) virtausnopeuden tutkimisen helpottamiseksi suunniteltiin laboratoriossa laite tavanomaisen valukoneen jäljittelemiseksi eli simuloimiseksi. Kansilevyssä olevien kaasun tulokanavien tai -aukkojen määrä säädettiin sellaiseksi, että joka hetki oli ainakin kolme ja enintään neljä kaasuaukkoa liikkuvan muotin yläpuolella. Kansilevyn pituus oli sellainen, että jotka hetki kansilevyn alla sijaitsi viisi muottia (kolme ennen ja kaksi jälkeen valuaukon 22).

Kokeet suoritettiin muodostamalla ennalta määrätty typen virtausnopeus kansilevyn läpi ja siirtämällä sitten muotit kansilevyn ohi samalla nopeudella kuin tavanomainen valukoneen kuljetin (3 cm sekunnissa). Kukin muotti puhdistettiin progressiivisesti sen tullessa kansilevyn alle. Muotin ilmakehästä otettiin näyte muotin keskustasta pumppaamalla näyte happi-analysaattoriin muotin lähestyessä valuaukkoa. Kokeet suoritettiin happipitoisuuden määrittämiseksi muotin ilmakehässä (a) muotin ja kannen välimittojen muuttuessa ja typen vakio-virtausnopeuksilla sekä (b) typen virtausnopeuksien muuttuessa ja välin ollessa vakiomittainen. Näiden kokeiden tulokset on esitetty kuvioissa 5 ja 6. Etuputkiston virtausnopeus kuviossa 5 esitetyssä kokeessa oli noin 5,7 Nm /h ja pääputkiston virtausnopeus oli noin 42 Nm /h. Kuviossa 6 esitetyssä kokeessa etuputkiston virtausnopeus asetettiin noin 5,7 3

Nm /h ja pääputkiston virtausnopeutta vaihdeltiin välillä 14,2-85 Nm3/h.

B

73373

Kuviossa 5 esitettyjen kokeiden tulokset osoittivat, että happipitoisuus kasvoi hyvin’ nopeasti välimittojen ollessa suuremmat kuin 6,35 mm. Tärkeämpää on, että tämä käyrä osoittaa, että alle 0,5 % happea voidaan saavuttaa välien ollessa korkeintaan 7,6 mm kaasun kulutuksen ollessa taloudellisesti 3 hyväksyttävä (noin 57 Nm /h). Kuviossa 6 on kahdella eri välimitalla 2,5 4 inm ja 3,17 m m esitetty muuttuvan typpiku-lutuksen vaikutus happipitoisuuteen muotin ilmakehässä.

Näistä käyristä käy selville, että mitään kasvua ei saavuteta lisäämällä ilmakehän käyttöä yli 57 Nm /h ja että hyväksyttävät happipitoisuudet saavutetaan helposti hyvin vähäisellä (28 Nm^/h) kaasun kulutuksella. Näissä kokeissa käytetyt välikor-keudet 2,54 mm ja 3,17 mm ovat käytännön arvoja, jotka voidaan saavuttaa ja ylläpitää nykyisissä valukoneissa.

Pienemmät toleranssit, joihin pitäisi pyrkiä suunniteltaessa tulevaisuuden valukoneita, voivat saada aikaan alle 0,1 % happipitoisuuden taloudellisesti hyväksyttävällä kulutuksella.

Mainittujen koela itostestien tultua suoritetuiksi asennettiin kuviossa 2 esitetyt laitteet laattaharkon valukoneeseen yhtiössä ni meitä Canadian Eleet rolytic Zinc Limited,

Valleyfield, Quebec, Kanada, jotta tehdasvaImi stusolosuhteissa voitaisiin osoittaa, että vaahdottomia laattoja voidaan valmistaa valamalla nestemäistä sinkkiä typpi-ilmakehässä.

Ilmakehäkokeet suoritettiin aluksi konetta käyttäen mutta valamatta nestemäistä metallia. Nämä kokeet osoittivat, että happipitoisuudet kyetään pitämään valuasemalla alueella 0,3 -0,5 % ja että mitään kasvua ei saavuteta lisäämällä 3 hapen virtausnopeus yli 57 Nm/h.

Tämän jälkeen sinkin nesteytys aloitettiin suuntaamalla kaukaloon ja valusankoon esikuumennusliekit. Typpeä toimitettiin 3 aluksi nopeudella 7,1 Nm /h et uput kist oon ja nopeudella ¢2 3

Nm/h kansilevyn pääput k is t oo n ja tämän jälkeen peräkkäin 3 valusangon ja syöksytorven koteloihin nopeudella 7,1 Nm /h. 1 9 73373

Valuasemassa säilytetty happipitoisuus oli alueella 0,35 -0,45 S.

Huomattava valulaatoissa olevan vaahdon väheneminen havaittiin jo ennenkuin aloitusvaiheet oli suoritettu loppuun. Vaahdon katoaminen kokonaan saavutettiin, kun valusangon ja kaukalon koteloiden sulkeminen ja puhdistus oli suoritettu.

Laattaharkkojen pinnat todettiin kirkkaiksi ja kuonattomiksi. Laafoissa havaittiin läpinäkyvät oksidika1vot, jotka olivat samanlaiset kuin ne, jotka saatiin laboratoriokokeissa käyttämällä happipitoisuusaluetta 0,2 - 0,5 %.

Kuviot 7, 8 ja 9 esittävät suoritusmuotoja kaasuhäviön vähentämiseksi muottien välistä ja kaas uvirta usvaatimusten vähentämiseksi tästä johtuen. Kuviossa 7 muottien reunat ovat paksummat kuin kuviossa 2 esitetyn muotin ja tämä lisää ka a suvirtauksen vastusta muottien välisessä raossa 60. Kuviossa 8 muottien reunat on muotoiltu siten, että rako 62 on vaakasuuntainen kaasun suoran virtauksen estämiseksi kannen aukoista. Tämä rakenne on tavallaan samanlainen kuin se, joka saavutettiin kuvion 2 kansiliuskoi 11 a 58, mutta tämä rakenne kestää paremmin kulutusta ja repimistä. Kuvio 9 esittää erästä toista menetelmää kaasuvirran vähentämiseksi, jossa menetelmässä käytetään tiivistettä 64 muottien välissä. Tämä vaihtoehto on mahdollinen, koska tämä tiiviste ei ole hankaava.

Vaikka keksinnön mukainen menetelmä on esitetty tiettyyn laitteeseen liittyen, on selvää, että se voidaan suorittaa muillakin laitteilla mukaanluettuna erityyppiset jatkuvat valukoneet ja että menetelmä ei suinkaan rajoitu keksinnön toteuttamiseen esitetyllä laitteella.

Claims (3)

73373 10

1. Laite, jota käytetään jatkuvassa valukoneessa, johon kuuluu sarja lähekkäin olevia ylhäältä avoimia astioita (30) asennettuina päättymättömään ketjukuljettimeen (32) vaahdonmuodos-tuksen minimoimiseksi sulan metallin pinnalla sen pudotessa vapaasti astioihin, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu kansilevy (34), joka on sijoitettu ennalta määrätyn välimatkan päähän useiden tällaisten astioiden (30) yläpuolelle ja jossa on aukko (42) sulan metallin valamiseksi kuhunkin astiaan niiden kulkiessa aukon (42) ali, joka kansi-levy (34) ulottuu ennalta määrätyn matkan mainitun aukon (42) eteen ja taakse ja siinä on ennalta määrätty määrä sen pituussuunnassa sijoitettuja reikiä (46) ja laite sulan metallin pitämiseksi sen vapaan pudotuksen aikana oleellisesti hapettamattomassa ilmakehässä, joihin kuuluu elimet hapetta-mattoman kaasun syöttämiseksi kansilevyn (34) läpi hapetta-mattoman ilmakehän muodostamiseksi astioihin (30) niiden lähestyessä kansilevyn aukkoa (42) sekä mainitun ilmakehän säilyttämiseksi astioissa niiden kulkiessa mainitun aukon ohi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu ilmakehä on inertti ilmakehä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen kuuluu tiivistyselin (58, 64) astioiden (30) välisissä raoissa (60, 62) tai niiden päällä kaasun liiallisen vuodon estämiseksi näiden rakojen kautta. II