FI98345C - Menetelmä ja laitteisto sulan materiaalin kaatamiseksi - Google Patents

Description

98345

MENETELMÄ JA LAITTEISTO SULAN MATERIAALIN KAATAMISEKSI

Tämä keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteistoon sulan materiaalin kuten sulan metallin kaatamiseksi valumuottiin siten, että sulan määrä on punnittavissa kaadon yhteydessä. Jotta sulan kaatokorkeus pysyisi pienenä ja sulan materiaalin liike mahdollisimman tasaisena valun aikana, on sulaa materiaalia sisältävän kaukalon pohja muotoiltu olennaisesti kaarevaksi sellaisella kaarevuussäteellä, että kaukalossa olevan sulakerroksen paksuus on suurimmillaankin vain murto-osa pohjan kaarevuussäteen pituudesta. Keksinnön mukainen valumenetelmä on edullista toteuttaa keksinnön mukaisen valukaukalon laakerointilaitteiston avulla.

Sulan metallin valu ja sen punnitseminen samassa yhteydessä on olennaista esimerkiksi metallianodien valun yhteydessä, sillä valua seuraavana prosessivaiheena on elektrolyysi, jossa yksi edellytys korkean hyötysuhteen saavuttamiseksi on anodien tasalaatuisuus sekä muodon että painon suhteen. Useimmissa tunnetuissa menetelmissä anodi valetaan nykyisin avomuottiin.

Anodivalu tapahtuu yleensä kallistamalla valukaukaloa hydraulisylinterillä, joka kallistaa valukehtoa, jonka päälle valukaukalo on laskettu. Kehto ja hydraulisylinterin toinen pää on laakeroitu siltaan. Kehto, hydrauiisylinteri ja silta kelluvat monimutkaisen vivuston varassa, joka muuttaa . ! valukaukaloon kohdistuvat pystysuorat voimat yhden tai useamman vetoanturin mitattavaksi voimaksi.

t · * «·» · * · s : ' Ennestään tunnetaan kanadalaisessa patentissa 924477 kuvattu menetelmä ja laitteisto sulan punnitsemiseksi kaadon yhteydessä. Tässä • ·.

:.i * patentissa on kuvattu kaarevapohjainen valukaukalo, jossa sulakerroksen : korkeus valun alkaessa on pohjan kaarevuussäteen suuruinen. Kun valukaukalon korkeus on kaarevuussäteen luokkaa, pitää kaukalon vaiutilanteessa siirtyä muotin päälle. Tällainen ratkaisu on alhaalta tuettuna, kuten valukaukaloiden tuenta nykyisin usein toteutetaan, vaikea rakentaa. On myös selvää, että sulan kaatokorkeus tulee huomattavan 2 98345 suureksi ja tämä aiheuttaa sulan roiskumista. US-patenttijulkaisussa 3,659,644 kuvataan samantyyppinen valukaukalo, jossa kaukalon korkeus on kaarevuussäteen luokkaa.

Ennestään tunnetaan myös muita laitteistoja, joissa on yhdistetty sulan kaato ja punnitus, ja joissa valukaukalon pohja on olennaisesti laakea.

Sulan kaatokorkeus on näissä laitteistoissa matala. Joissakin tapauksissa sulan materiaalin kiihdyttäminen liikkeelle kaukalon tasaiselta pohjalta voi aiheuttaa punnitusanturiin virheellisen kuvan massan lisääntymisestä.

Jotta mahdolliset punnitusvirheet sulan materiaalin kaadon yhteydessä voitaisiin minimoida ja saada aikaaan. mahdollisimman tasainen vaiutapahtuma, jolloin sulan kaatokorkeus pysyy pienenä ja sulan liike mahdollisimman tasaisena, on nyt kehitetty pohjastaan olennaisesti kaareva valukaukalo, jossa suiakerroksen paksuus kohtisuoraan mitattuna ennen valun alkua on vain murto-osa kaukalon kaarevuussäteen pituudesta, korkeintaan 1/2, mutta edullisesti korkeintaan välillä 1/3 - 1/5. Samalla on myös kehitetty laitteisto tämän valukaukalon liikuttamiseksi. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit käyvät esille oheisista patenttivaatimuksista.

Tasaisen valutapahtuman mahdollistavaa valukaukaioa voidaan myös kuvata sulan metallin kaukalossa muodostaman segmentin kulman avulla.

Segmentin kulma on tällöin korkeintaan 140°, edullisesti korkeintaan 90°.

, *: Segmentillä olemme tarkoittaneet kulmaa, joka muodostuu kaukalon !· ’*· kaarevuuskeskipisteen ja sulan kuparin reunaviivoista vedettyjen suorien • · i.7 . väliin.

» I * j : t

Nyt kehitetyssä laitteistossa on valukaukalon pohja muotoiltu kaarevaksi • : : ja kaukaloa kallistetaan pohjan kaarevuussäteen keskipisteen kautta • · » * kulkevan suoran ympäri. Sulaa materiaalia kuten metallia ei tällöin tarvitse r kiihdyttää liikkeelle, vaan se pysyy lähes paikallaan metallin viskositeetista riippuen. Menetelmä ei siten aiheuta punnitusmekanismiin virheellistä tietoa massan muuttumisesta. Pysyessään kaukalon pohjassa sula metalli ei saa liikemäärää mihinkään suuntaan ja sen loiskuminen kaukalossa vähenee.

3 98345

Kun valukaukaloon syötetään tietty sulan metallin määrä, joka yleensä on anodin paino + pohjametalli, ja huomioidaan, että anodin leveys määrää valukaukalon leveyden, saadaan tietty pinta-ala. Tutkimuksissa on nyt todettu, että mitä pienempi valukaukalon pohjan säde on suhteessa sulan metallikerroksen paksuuteen, sitä lähemmäksi muotin etureunaa kaukalon kiertokeskiö siirtyy. Jos esimerkiksi kaukalon pohjan säteen ja sulakerroksen paksuuden suhde on 1:1, se merkitsee, että kaukalon on oltava kaadon aikana käytännössä muotin päällä. Tällaista kaukaloa on varsin vaikea tukea, ja varsinkin vaa’an soveltaminen ratkaisuun on vaikea. Kun kaukalon pohjan kaarevuussäde on suuri sulakerroksen paksuuten verrattuna, sulan metallin ja kaukalon painopiste ovat muotin ulkopuolella. Tässä tapauksessa vaaka ja kaftistusmekanismi ovat huomattavasti helpommin toteutettavissa.

Nyt kehitetyn menetelmän etuina nähdään myös se, että koska sulan metallikerroksen korkeus valukaukalossa on alhainen, kaatokorkeus valukaukalosta muottiin säilyy pienenä koko kaadon ajan. Tällä seikalla on merkitystä erityisesti kaadon alkaessa, jolloin sula metalli pyrkii roiskumaan tyhjästä muotista.

Keksinnön mukaista laitteistoa kuvataan vielä oheisten kuvien avulla, jossa kuva 1 esittää periaatekuvaa keksinnön mukaisesta valukaukalosta eri . *: kallistusvaiheissa, • ♦ *· / kuvassa 2 on esitetty kaarevapohjaisen kaukalon määrittelyssä käytettyjä . suureita, ja • c t }.; · kuvassa 3 on esitetty periaate keksinnön mukaisen valukaukalon eräästä edullisesta laakerointitavasta.

« • · · «. · · *

Kuvassa 1A on esitetty keksinnön mukaisen, tasaisen kaadon mahdollistava kaarevapohjainen valukaukalo 1 asennossa, jossa sitä ei ole vielä kallistettu, eli kallistus on 0°. Valukaukaiolla on kaareva pohja 2 ja valumuottiin 3 päin suunnattu kaatonokka 4. Valukaukalon yläpuolella on sulkukaukalo 5, josta sulaa kaadetaan valukaukaloon. Sulan materiaalin pintaa on kuvattu numerolla 6. Kuvassa ei ole tarkemmin esitetty 4 98345 valukaukalon sivuseinämiä, mutta edullisesti ne ovat olennaisen pystysuorat. Kuvan 1 eri vaihtoehdoissa sulakerroksen paksuus ennen valun alkua kohtisuoraan mitattuna on aiie 1/10 kaukalon pohjan kaarevuussäteestä.

Kuvassa IB kaukaloa on kallistettu sen verran, kuvassa 4°, että sulan metallin pinta 6' ulottuu jo kaatonokan 4 kärkeen asti, ja kaato on siten alkanut.

Kuvassa 1C valu jatkuu edelleen kallistuksen ollessa tässä tapauksessa 8°. Kuvia B Ja C vertaamalla nähdään, miten kaatonokan asema suhteessa valumuottiin siirtyy.

Kuten kuvan 1 eri vaiheista nähdään, kaatonokan kärki liikkuu vaakasuunnassa valun aikana. Menetelmälle on myös oleellista, että vaakatasossa tapahtuva liike on suurempi kuin korkeustasossa tapahtuva liike valujakson aikana. Vaakasuunnassa tapahtuva liike on anodimuotin kannalta edullista, sillä se lisää muotin ja - pinnoituksen kestoikää ja vähentää paikallisia lämpötilahuippuja sulan osuessa muottiin. Kun sulan metallin osumiskohta siirtyy valun aikana, vaikutukset jakaantuvat suuremmalle alueelle ja tämä vuoksi muottien käyttöaika pitenee.

Kuvassa 2 on esitetty seikkoja kaarevapohjaisen valukaukalon sulakerroksen korkeuden määrittelemiseksi. Sen mukaan r = valukaukalon 1 kaarevan pohjan 2 säde ja h - sulan metallikerroksen korkeus V’ kohtisuoraan mitattuna {=paksuimmalta kohdaltaan). Sulan metallin » ;*· kaukalossa muodostaman segmentin kulma » a. Valukaukalon kaato-t‘ l : nokan horisontaalista liikettä sulan metallin kaadon alusta kaadon loppuun on kuvattu termillä ja vertikaalista liikettä termillä Lv. Kiinteällä viivalla : . . piirretty valukaukalon pohja kuvaa kaukalon asemaa valun alkaessa Ja ’···. katkoviivoilla merkitty valun loppuessa.

• · »

Kaarevapohjaisen valukaukalon liikuttelusta aiheutuu pääasiassa vain vaakasuoria liikevoimia. Myös kaukalon liikenopeuksia eli kaatonopeutta voidaan kasvattaa mittauksen siitä suuremmin kärsimättä.

5 98345

Koska kaukalossa olevan sulakerroksen korkeus on vain murto-osa, korkeintaan 1/2, kaukalon pohjan kaarevuussäteen pituudesta, on tällä rakenteella mahdollisuus saavuttaa matala kaatokorkeus ja sen lisäksi erittäin hyvä punnitustarkkuus. Kaarevuussäteen suuruudesta johtuen kaukaloa ei nosteta toisesta päästä, vaan pikemminkin liikutetaan olennaisesti vaakatasossa, jolloin kaukalon liikuttamisvoimat ovat pieniä ja kaukalon massakeskipisteen siirtymä pystysuunnassa jää erittäin pieneksi.

Siten kaukalon massakeskipisteen siirtyminen ei anna virheellistä tietoa massan hetkellisestä lisääntymisestä.

Kaarevapohjaisen valukaukalon laakerointi pitää toteuttaa toisella tavalla kuin tasapohjaisen. Kaatomekanismi on osa punnittavaa massaa ja sen pitäisi olla mahdollisimman kevyt. Käytännössä se merkitsee, että kannatus pitää olla kaukalon alta, jotta voimat voidaan johtaa anturille lyhyintä reittiä. Alta tukeminen on paras ratkaisu myös sen takia, että kaukalo täytetään jommasta kummasta sivusta tai päästä, jolloin ei saa olla rakenteita edessä. Mikäli kaukalon yläpuolella on laakerointirakenteita, niiden suojaus kuumuudelta ja roiskeilta aiheuttaa ongelmia ja painon lisäystä.

Kuvassa 3 on esitetty valukaukalon 1 eräs edullinen iaakerointitapa.

Kuvassa 3A valukaukalo on alkuasennossaan (kaliistuskuma 0°) ja kuvassa 3B suurimmassa kaliistusasennossa. Valukaukalo 1 on sijoitettu liikkuvaan kehtoon 7, joka muodostuu ainakin yhdestä kaarevasta ‘ 1· palkista, johon on työstetty sopivan kaareva ura, jolla saadaan toteutettua • « valukaukalon pohjan kaarevuuskeskipisteen ympäri toimiva liikerata ja : jossa vaa'an rungossa 8 olevat laakerirullat 9 ja 10 liikkuvat.

:T: Teräsjousilistan 11 avulla, joka kiertää kehdossa 7 olevien tappien 12 ympärillä ja on kiinnitetty molemmista päistään runkoon 8, voidaan : .·. suojata johteet siten, että avoimet raot ovat vain millimetrien luokkaa vaa'an ollessa muuten suojattuna suojakansilla 13 ja 14. Vaa'an hyvä suojaaminen metalliroiskeilta on tärkeää, sillä käytäntö on osoittanut, että metallihileet tunkeutuvat pitkän ajan kuluessa lähes joka paikkaan. Kaukalon pohjan kaarevuuskeskipisteen ympäri toimiva liikerata voidaan toteuttaa kaarevan uran sijasta myös jollakin muullakin sopivalla tavalla, kuten useamman rullan ja johteen avulla.

6 98345

Edellä kuvattu rakenne on edullista toteuttaa siten, että rullat ovat paikallaan ja johteet liikkuvat. Painopiste pysyy tällöin koko ajan rullien välissä ja johteet toimivat kehdon rakenteena, mikä auttaa keventämään mekanismin painoa. Lisäksi johteiden kosketuspinta rullien kanssa on yläpinta, joten johteelle ei pääse kertymään likaa.

Valukaukalon kehto voidaan rakentaa myös siten, että suojaava lista 11 on kiinnitetty toisesta päästään runkoon 8 ja toisesta päästään kehtoon 7 joustavan osan avulla, koka sallii jouston, joka on kaatoliikkeen matkan suuruinen.

Koska valukaukaloa ja siinä olevaa sulaa metallia ei jouduta nostamaaan, vaan kaukaloa lähinnä rullataan taaksepäin kaadon aikana, kaukalon liikuttamiseen tarvitaan varsin vähän voimaa. Tämä seikka mahdollistaa useiden erityyppisten käyttölaitteiden suunnittelun kaukalon liikuttelemiseen.

Keksinnön mukainen kaatotapa on sovellettavissa kaikkien nesteiden annosteluun, johon liittyy myös nesteen punnitus kaadon yhteydessä.

Tällöin kysymykseen tulevat lähinnä nesteet, joille ei ole mahdollista käyttää venttiileitä ja virtausmittaria. Tällaisia nesteitä ovat esimerkiksi kuumat sulat metallit.

« I

« I

*. Edellä kuvatun kaukalon'konstruktio on suunniteltu siten, että se on vaihdettavissa myös vanhoihin valuyksiköihin.

• · • ·

• « I

• · · · « · »

• · I

• « • · · • · · • · · 1 1 · · • · · • · ·

Claims (13)

98345

1. Menetelmä sulan materiaalin kaatamiseksi valumuottiin (3) olennaisesti pystysuuntaisilla sivuseinillä ja muottiin päin suunnatulla kaatonokalla (4) varustetusta valukaukaiosta (1) ja sulan määrän punnitsemiseksi kaadon yhteydessä, tunnettu siitä, että sulan kaatokorkeuden pitämiseksi pienenä ja sulan liikkeen mahdollisimman tasaisena valun aikana on valukaukalon pohja (2) muotoiltu kaarevaksi, jolloin pohjan kaarevuussäteen r ja valukaukalossa ennen valun alkua olevan sulan materiaalikerroksen korkeuden h suhde kohtisuoraan mitattuna on korkeintaan 1/2.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valukaukaloa (1) liikutettaessa kaukalon pohjan (2) kaarevuuskeskipiste pysyy kaatolilkkeen aikana alueella, jonka läpimitta on korkeintaan 1/10 pohjan kaarevuussäteestä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valukaukalon pohjan (2) kaarevuussäteen r ja valukaukalossa ennen valun alkua olevan sulan materiaalikerroksen korkeuden h suhde kohtisuoraan mitattuna on korkeintaan 1/3.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että valukaukalon pohjan (2) kaarevuussäteen r ja valukaukalossa ennen * '·: valun alkua olevan sulan materiaalikerroksen korkeuden h suhde • · :. · kohtisuoraan mitattuna on korkeintaan 1/5. • I • « · • I · • I ·

5. Menetelmä sulan materiaalin kaatamiseksi valumuottiin (3) olennaisesti pystysuuntaisilla sivuseinillä ja muottiin päin suunnatulla kaatonokalla (4) : .·. varustetusta valukaukaiosta (1) ja sulan määrän punnitsemiseksi kaadon *.*:*! yhteydessä, tunnettu siltä, että sulan kaatokorkeuden pitämiseksi pienenä • · · ja sulan liikkeen mahdollisimman tasaisena valun aikana on valukaukalon pohja (2) muotoiltu kaarevaksi, jolloin sulan materiaalin valukaukalossa muodostaman segmentin kulma a on korkeintaan 140°. 98345

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sulan kaatokorkeuden pitämiseksi pienenä ja sulan liikkeen mahdollisimman tasaisena valun aikana on valukaukalon pohja muotoiltu kaarevaksi, jolloin sulan materiaalin valukaukalossa muodostaman segmentin kulma a on korkeintaan 90°.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valukaukalon kaadon aloituksen ja lopetuksen välisenä aikana tapahtuva valunokan vaakasuuntainen liike Lh on suurempi kuin pystysuuntaan tapahtuva liike Lv.

8. Laitteisto pohjastaan (2} kaarevan valukaukalon (1) laakeroimiseksi, tunnettu siitä, että valukaukalo (1) on pohjastaan sijoitettu liikkuvaan kehtoon (7), joka muodostaa olennaisesti kaukalon pohjan kaarevuus-keskipisteen ympäri toimivan liikeradan.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että valukaukaloa (1) liikutettaessa kaukalon pohjan (2) kaarevuuskeskipiste pysyy kaatoliikkeen aikana alueella, jonka läpimitta on korkeintaan 1/10 pohjan kaarevuussäteestä.

10. Patenttivattimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että valukaukalo (1) on pohjastaan sijoitettu liikkuvaan kehtoon (7), joka muodostuu ainakin yhdestä kaarevasta palkista, johon on työstetty • 1 # 1; kaareva ura, jossa vaa’an runkoon (8) kiinnitetyt laakerirullat (9,10) liikkuvat ja joka näin muodostaa olennaisesti kaukalon pohjan • 1 . kaarevuuskeskipisteen ympäri toimivan liikeradan. • I · • · • · ,

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että : kehtoon (7) kiinnitettyjen tappien (12) ympäriiiä kiertää suojaava lista !1:1! (11). • · ·

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laitteisto, tunnettu siltä, että suojaava lista (11) on kiinnitetty molemmista päistään runkoon (8). « · . i · 98345

13. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnetttu siitä, että suojaava lista (11) on kiinnitetty toisesta päästään runkoon (8) ja toisesta päästään kaatoliikkeen matkan sallivalla joustavalla osalla kehtoon. • · • · • · · • · • « * · < • · Ml · t · · i : ; • · « · » • · · • · » · 1 · · • · · • · · 98345