FI95671B

FI95671B - Method and apparatus for making a metal body

Info

Publication number: FI95671B
Application number: FI924112A
Authority: FI
Inventors: Tom Erland Marttila; Harri Juhani Majonen
Original assignee: Wenmec Systems Oy
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 1995-11-30
Also published as: EP0588266B1; FI95671C; DE69325219D1; FI924112A; JPH06262300A; AU676486B2; JP3513190B2; EP0588266A1; FI924112A0; AU4628593A; DE69325219T2; CA2105850A1

Description

9567195671

MENETELMÄ JA LAITTEISTO METALLIKAPPALEEN VALMISTAMISEKSIMETHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING A METAL

Tämä keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteistoon seostetun ja edullisesti määräpainoisen metallikappaleen valmistamiseksi valamalla niin, että seosaineet lisätään päämetallivirtaan päämetallin sulatuksen jälkeen.The present invention relates to a method and apparatus for producing an alloyed and preferably specific weight metal body by casting so that the alloying elements are added to the main metal stream after the main metal has been melted.

Valettaessa seostettuja metallikappaleita seosaineet lisätään tavallisesti päämetallin sulatuksen yhteydessä samaan sulatusuuniin kiinteässä muodossa. Ennen valamista on sulatusuunista otettava analyysinäyte oikean kokoomuksen selville saamiseksi, mikä lisää, olennaisesti valukierron aikaa. Lisäksi haluttaessa valaa eri seosaineita sisältäviä seoksia samalla sulatusuunilla pitää sulatusuuni tyhjentää olennaisesti kokonaan, jotta eri seokset eivät sekoittuisi keskenään.When casting alloyed metal pieces, the alloying elements are usually added to the same melting furnace in solid form during the smelting of the parent metal. Prior to casting, an analytical sample must be taken from the melting furnace to determine the correct assembly, which substantially increases the casting cycle time. In addition, if it is desired to cast mixtures containing different alloying elements in the same melting furnace, the melting furnace must be emptied substantially completely so that the different mixtures do not mix with each other.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tason haittapuolia ja aikaansaada entistä parempi ja toimintavarmempi menetelmä ja laitteisto seostettujen ja olennaisesti määräpainoisten metallikappaleiden valmistamiseksi valamalla siten, että seosaineita ei tarvitse syöttää päämetallin sulatuksessa käytettävään sulatusuuniin, vaan seosaineet syötetään vasta sulatusuunin ja valumuotin väliseen päämetallisulavirtaan. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit selviävät oheisista patenttivaatimuksista.The object of the present invention is to obviate the disadvantages of the prior art and to provide an improved and more reliable method and apparatus for producing alloyed and substantially bulk metal parts by casting so that alloys do not have to be fed to the main metal smelting furnace. The essential features of the invention will become apparent from the appended claims.

Keksinnön mukaisesti päämetallin sulatusuunista johdetaan sulaa metallia edullisesti uunin sulatuskapasiteetin sallimalla nopeudella sulatusuunin ja metallisulan annostuselimen . väliin asennettuun ainakin yhteen yhdyskanavaan, jota voi daan liikuttaa olennaisesti sivuttaissunnassa ja korkeus-suunnassa. Yhdyskanavaan johdettavan sulan määrää säädetään ohjauselimillä niin, että aikaansaadaan olennaisen jatkuva metallisulan syöttö sulatusuunista yhdyskanavaan. Seostettavat metallit, joita on yksi tai useampia, johdetaan \ halutussa määrin sulatusuunin ja valumuotin väliseen sula- virtaan niin, että päämetallivirtaa säätävillä ohjaus- 2 95671 elimillä säädetään edullisesti myös seosmetallin tai seos-metallien syöttömäärää haluttujen seossuhteiden ja valettavan metallikappaleen painon mukaisesti. Seosmetallit voidaan johtaa päämetallivirtaan sulana tai kiinteänä joko sulatusuunin ja metallisulan annostuselimen väliseen yhdyskanavaan tai suoraan metallisulan annostuselimeen.According to the invention, the molten metal is preferably discharged from the main metal melting furnace at a rate permitted by the melting capacity of the furnace and the metering member of the melting furnace and the metal melt. at least one connecting channel which can be moved in a substantially lateral and height direction. The amount of melt fed to the connecting channel is controlled by control means so as to provide a substantially continuous supply of molten metal from the melting furnace to the connecting channel. The alloyable metals, one or more, are introduced into the molten stream between the melting furnace and the casting mold to the desired extent, so that the main metal flow control members also control the feed rate of the alloy metal or alloys according to the desired alloy ratios and the weight of the metal to be cast. The alloy metals can be introduced into the main metal stream as molten or solid either to the connecting channel between the melting furnace and the metal melt dosing member or directly to the metal melt dosing member.

Sulatusuunin ja annostuselimen välisestä yhdyskanavasta sula metalli johdetaan annostuselimeen edullisesti siten, että yhdyskanavaa liikutetaan alaspäin pystysuuntaisesta liikuntaelimien avulla ja sula alkaa virrata yhdyskanavasta valumuotin annostuselimeen. Olennaisesti sulan virtaamisen ajaksi yhdyskanavasta annostuselimeen voidaan sulan syöttö-nopeutta sulatusuunista yhdyskanavaan ja vastaavasti seosmetallien syöttönopeutta yhdyskanavaan tai haluttaessa suoraan annostuselimeen lisätä. Sulan syöttö yhdyskanavasta annostuselimeen ja siitä aiheutuva metalliseoksen pyörteily tehostaa edullisesti metalliseoksen edullista seostumista.From the connecting channel between the melting furnace and the dosing member, the molten metal is preferably introduced into the dosing member so that the connecting channel is moved downwards from the vertical by means of moving members and the melt begins to flow from the connecting channel to the casting mold dosing member. Essentially during the flow of melt from the connecting passage to the dosing member, the feed rate of the melt from the melting furnace to the connecting passage and the alloy feed rate to the connecting passage or, if desired, directly to the dosing member can be increased. The supply of melt from the connecting channel to the dosing member and the resulting vortexing of the alloy preferably enhances the preferred alloying of the alloy.

Annostuselin vastaanottaa yhdyskanavasta syötettävän metallisulavirran ja lisäksi mahdollisesti annostuselimeen suoraan syötettävän ainakin yhden seosmetallivirran. Kun annostuselimeen syötetään samaa sulaa metalliseosta kuin edellisellä valukierroksella, on annostuselimessä jäljellä edelliseltä valukierrokselta edullisesti vähäinen määrä kyseistä metalliseosta, jolloin voidaan edullisesti huomioida esimerkiksi metallisulan räiskymisestä aiheutuvat metallihäviöt, samoin kuin annostuselimen pohjaan tarttumisesta aiheutuvat metallihäviöt. Tällöin annostuselimeen syötetään metallikappaleen painon verran lisää metalli-seossulaa. Mikäli valettavaa metalliseosta halutaan vaihtaa, syötetään annostuselimeen seostettua metallisulaan ainostaan niin paljon, että annostuselimessä olevan sulan määrä vastaa valettavan metallikappaleen painoa.The dosing member receives the molten metal stream to be fed from the connecting channel and, in addition, possibly at least one alloy metal stream to be fed directly to the dosing member. When the same molten alloy is fed to the dosing member as in the previous casting round, the dosing member preferably has a small amount of said alloy left from the previous casting round, taking into account, for example, metal losses due to metal melt cracking as well as metal losses due to sticking of the dosing member. In this case, an additional molten metal alloy is fed to the dosing element by the weight of the metal body. If it is desired to change the alloy to be cast, the alloyed metal is fed to the dosing member. Only so much that the amount of melt in the dosing member corresponds to the weight of the metal piece to be cast.

Kun haluttu sulamäärä on syötetty annostuselimeen, sula-virtaus annostuselimeen lopetetaan edullisesti esimerkiksi nostamalla yhdyskanava sekä seosmetallien syöttöelimet 3 95671 yläasentoonsa. Annostuselimestä valukappaleen painoa vastaava seostettu metallisulamäärä johdetaan valumuottiin kallistamalla annostuselintä. Ainoastaan haluttaessa vaihtaa valettavaa metalliseosta annostuselin tyhjennetään kokonaan, muulloin annostuselimeen jätetään edullisesti vähäinen määrä valettavaa seostettua metallisulaa pöhjapanokseksi.Once the desired amount of melt has been fed to the dosing member, the melt flow to the dosing member is preferably stopped, for example, by raising the connecting channel and the alloy metal feed members 3 95671 to their upper position. From the dosing member, an alloyed amount of metal melt corresponding to the weight of the casting is introduced into the casting mold by tilting the dosing member. Only if it is desired to change the alloy to be cast is the dosing member completely emptied, otherwise a small amount of doped alloy metal melt is preferably left in the dosing member as a base charge.

Valettavan metallikappaleen päämetallin syöttö sulatusuunista sulatusuunin ja annostuselimen väliseen ainakin yhteen yhdyskanavaan tapahtuu edullisesti kaksivaiheisesti siten, että yhdyskanavan ollessa yläasennossaan, jolloin sulavirtausta annostuselimeen ei tapahdu, vain sulaa päämetallia syötetään yhdyskanavaan. Tällöin yhdyskanava toimii edullisesti sulan päämetallin välisäiliönä, jolloin erillistä välisäiliötä ei tarvita ja vältytään siten yhdeltä kuonaa aiheuttavalta sulan siirtämisestä säiliöstä toiseen. Sen sijaan yhdyskanavan ollessa ala-asennossaan, jolloin sula virtaa yhdyskanavasta annostuselimeen, sulan päämetallin syöttönopeutta sulatusuunista yhdyskanavaan lisätään. Olennaisen samanaikaisesti päämetallin syöttönopeuden lisäämisen kanssa myös seosaineen tai seosaineiden syöttö kytketään päälle ja seosaineet syötetään joko kiinteänä tai sulana yhdyskanavassa olevaan päämetallisulavirtaan tai suoraan annostuselimeen. Näin sulatusuunissa oleva pää-metallisula pysyy puhtaana seosaineista ja valettavaa metalliseosta voidaan vaihtaa yksinkertaisesti muuttamalla joko seosaineen määrää, seosainesuhdetta tai seosainetta ja syöttämällä seosaine tai seosaineet sulatusuunista jo poistettuun päämetallisulavirtaan sulatusuunin ja valumuotin välillä. Seosaineen tai seosaineiden syöttö yhdyskanavaan aloittaa lisäksi päämetallisulan seostumisen edullisesti jo ennen annostuselintä.The supply of the main metal of the cast metal from the melting furnace to the at least one connecting channel between the melting furnace and the dosing member preferably takes place in two stages, so that when the connecting channel is in its upper position, no molten flow to the dosing member In this case, the connecting channel preferably acts as an intermediate tank for the molten main metal, whereby a separate intermediate tank is not required and thus one slag-causing transfer of melt from one tank to another is avoided. Instead, when the connecting channel is in its lower position, whereby the melt flows from the connecting channel to the dosing member, the feed rate of the molten parent metal from the melting furnace to the connecting channel is increased. Substantially at the same time as the feed rate of the parent metal is increased, the feed of the alloy or alloys is also turned on and the alloys are fed either solid or molten to the main metal melt stream in the connecting channel or directly to the dosing member. Thus, the main metal melt in the melting furnace remains free of alloys and the alloy to be cast can be changed simply by changing either the amount of alloy, alloy ratio or alloy and feeding the alloy or alloys to the main metal melt stream already removed from the melting furnace between the melting furnace and casting. In addition, the supply of the dopant or dopants to the connecting channel starts the doping of the main metal melt, preferably even before the dosing element.

Käytettäessä keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa metallikappaleen valmistamiseksi voidaan metallikappaleen seosaineen määrää, seosainesuhdetta tai seosainetta muuttaa ; olennaisesti ilman tuotantokatkosta. Samoin jokaisessa metallikappaleessa on olennaisen tarkasti haluttu määrä 4 95671 seosmetalleja ja raetallikappale on olennaisen tarkasti halutun painoinen. Edelleen seosaineen määrää, seossuhdetta tai seosaineita muutettaessa ei synny väärin seostettuja metallikappaleita ja näin analyysinäytteet ovat olennaisesti tarpeettomia. Lisäksi käytettäessä keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa tilan ja työvoiman tarve on olennaisen pieni. Laitteisto tarvitsee yksinkertaisuutensa vuoksi olennaisen vähän itse tuotantotiloissa tapahtuvaa rakennus- ja asennustyötä ja laitteisto on siten olennaisen nopeasti asennettavissa, mikä lisää keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteiston käyttökelpoisuutta.When using the method and apparatus according to the invention for producing a metal body, the amount, alloy ratio or alloy of the alloy of the metal body can be changed; essentially without a production interruption. Likewise, each metal body has a substantially accurate amount of 4,95671 alloy metals, and the grain metal body has a substantially accurate desired weight. Furthermore, changing the amount, alloy ratio or alloying elements does not result in incorrectly alloyed metal bodies and thus analytical samples are substantially unnecessary. In addition, when using the method and apparatus according to the invention, the need for space and labor is substantially small. Due to its simplicity, the equipment requires substantially little construction and installation work in the production facilities themselves, and the equipment can thus be installed substantially quickly, which increases the usability of the method and equipment according to the invention.

Keksintöä selostetaan tarkemmin seuraavassa viitaten oheiseen piirustukseen, joka esittää erästä keksinnön edullista sovellutusmuotoa kaaviomaisesti esitettynä ja päältäpäin katsottuna.The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawing, which shows a preferred embodiment of the invention in a schematic and top view.

Kuvion mukaisesti seostettavan metallikappaleen päämetalli sulatetaan sulatusuunissa 1. Sulatettu päämetalli johdetaan sulatusuunista 1 yhdyskanavaan 2 edullisesti pumpulla 3, jonka kautta kulkevaa sulavirtaa voidaan edullisesti säätää sulatusuunin 1 kapasiteettia vastaavaksi. Pumpun 3 syöttämää sulamäärää yhdyskanavaan 2 säädetään ohjauselimen 4 avulla. Sulan syöttönopeus säädetään niin, että yhdyskanavan 2 ollessa yläasennossa eli annostuselimen 5 tyhjennysvaiheen aikana sulan syöttönopeus pidetään edullisesti sellaisena, että vain vähäinen määrä sulaa virtaa kourumaiseen yhdyskanavaan 2. Sen sijaan yhdyskanavan 2 ollessa ala-asennossaan eli annostuselimen 5 täyttövaiheen aikana sulan syöttönopeutta suurennetaan ja olennaisen samanaikaisesti syöttönopeuden lisäämisen kanssa seosaineita aletaan syöttää yhdyskanavaan 2. Seosaineista toinen sulatetaan ensin seosainesulatusuunissa 6 ja haluttu seosainemäärä yhtä metallikappaletta kohden johdetaan seosaineannosteluelimen 7 kautta yhdyskanavaan, kun taas kiinteänä sulavirtaan syötettävää toista seosainetta syötetään haluttu määrä seosainesyöttimen 8 kautta yhdyskanavassa 2 virtaavaan 5 95671 metallisulaan. Myös seosaineiden syöttämistä yhdyskanavaan 2 ohjataan edullisesti samalla ohjauselimellä 4.According to the figure, the main metal of the metal body to be alloyed is melted in the melting furnace 1. The molten main metal is led from the melting furnace 1 to the connecting duct 2, preferably by a pump 3, through which the melt flow can preferably be adjusted. The amount of melt fed by the pump 3 to the connecting channel 2 is adjusted by means of the control element 4. The melt feed rate is adjusted so that when the connecting channel 2 is in the upper position, i.e. during the emptying phase of the dosing member 5, the melt feeding rate is preferably kept such that only a small amount of melt flows into the trough-like connecting channel 2. with increasing feed rate, the alloying elements are fed to the connecting channel 2. One of the alloying elements is first melted in the alloying melting furnace 6 and the desired amount of alloying per metal piece is fed through the alloying The supply of the alloying elements to the connecting channel 2 is also preferably controlled by the same control element 4.

Yhdyskanavasta 2 seostettu metallisula johdetaan jaksottaisesti ja halutuin määräpanoksin annostuselimeen 5. Määrä-panos vastaa olennaisesti valettavan metallikappaleen painoa. Annostuselimeen 5 syötetään kuitenkin keksinnön mukaista menetelmää käyttäen ensimmäisellä annostuskerralla metallikappaleen seostuksen muuttumisen jälkeen panos, joka vastaa valettavan metallikappaleen ja annostuselimeen 5 tyhjennyksen jälkeen jätettävää pohjapanoksen painoa. Tämä pohjapanos poistetaan ennen metallikappaleen seostuksen muuttumista tapahtuvan viimeisen annostuselimen 5 tyhjennyksen yhteydessä.The alloyed metal melt from the connecting channel 2 is fed periodically and in the desired amount of batches to the dosing member 5. The amount of batch substantially corresponds to the weight of the metal body to be cast. However, using the method according to the invention, a charge corresponding to the weight of the metal body to be cast and the bottom charge to be left in the dosing member 5 after emptying is fed to the dosing member 5 after the change of alloying of the metal body. This base charge is removed during the emptying of the last dosing member 5 before the alloying of the metal body changes.

Annostuselimestä 5 valettavaa metallikappaleen painoa vastaava määrä seostettua metallisulaa tyhjennetään valu-muottiin 9. Valumuotteja 9 voi olla useita niin, että valumuotit 9 on sijoitettu samalle pyörivälle valuradalle 10. Valumuotit 9 voidaan sijoittaa myös liikkumattomasti edullisesti esimerkiksi kaaren muotoon niin, että annostus-elin 5 sijoitetaan kaarta vastaavan ympyrän keskipisteeseen kääntyvästi.An amount of alloyed metal melt corresponding to the weight of the metal body to be cast from the dosing member 5 is emptied into the casting mold 9. There may be several casting molds 9 so that the casting molds 9 are placed on the same rotating casting path 10. pivotally to the center of the circle corresponding to the arc.

Vaikka edellä on kuvattu yhtä keksinnön edullista sovellutusmuotoa, voidaan keksintöä muunnella laajastikin patenttivaatimusten esittämissä puitteissa. Esimerkiksi annostuselin 5 voi olla edullisesti yhteinen kahdelle tai usemmalle yhdyskanavalle 2. Tällöin on mahdollista seostaa suuriakin metallikappaleita olennaisen edullisella tarkkuudella ja nopeudella.Although one preferred embodiment of the invention has been described above, the invention may be broadly modified within the scope of the claims. For example, the dosing member 5 can advantageously be common to two or more connecting channels 2. In this case, it is possible to mix even large metal pieces with a substantially advantageous accuracy and speed.

Claims

A method of producing a metal body having at least one alloy material and of specific weight by casting, according to which method a metering means is used for feeding the desired amount of metal alloy melt into the mold, characterized in that the main metal and alloy material flow is controlled so that the main metal feed to the connecting channel (2) between the furnace (1) and the metering means (5) is substantially continuous and that the alloy is measured to the molten main metal flow between the furnace (1) used for melting the main metal and the mold (9).

Method according to claim 1, characterized in that the alloy is measured to the molten main metal flow in the connecting channel (2) between the furnace (1) and the metering means (5).

Method according to claim 1, characterized in that the alloy is measured to the molten main metal flow in the metering means (5).

Method according to any of the above claims, characterized in that the alloy is measured periodically to the main metal flux.

Method according to any of the preceding claims, characterized in that the alloy is measured to the main metal flow as a melt. 9 95671

Method according to any of claims 1-4, characterized in that the alloy is measured to the main metal flow in solid form.

Device for carrying out the method of claim 1, which comprises a furnace (1) for melting the main metal, feeding devices (7,8) for the alloy material, connecting channel (2) for moving the metal melt to be cast, control device (4) for the metal melt and dosing device (5) and mold (9), characterized in that the connecting channel (2) has been mounted substantially in order to be able to move at least in height in relation to the dosing means (5).

Device according to claim 7, characterized in that the connecting channel (2) is essentially an intermediate container for the continuous molten main metal flow.

Device according to claim 7 or 8, characterized in that there is at least one connecting channel (2) for each metal body to be cast.