HUT65416A - Method and device for making poreless aluminium alloys of low gas content g - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás gázszegény és pórusmentes alumínium-öntési ötvözetek előállítására az olvadék vákuumos kezelésével, továbbá berendezés az eljárás foganatosításához.

Öntési ötvözetek, előállításához hagyományos módon, tégelyvágy kádkemencéket alkalmaznak. Ezekbe vagy folyékony, elektrolízis-fémet öntenek vagy a szilárd fémet felolvasztják. Az ötvözőkomponensek - mint a szilícium, magnézium, réz, titán, nikkel - hozzáadagolásával állítják be az elérni szándékolt ötvözetösszetételt. A komponensek beoldásához és ötvözéséhez a .fémfürdőt felhevítik. Eközben megnövelt mennyiségű hidrogént vesz fel, mivel az alumínium folyékony állapotában nagy hidrogénoldóképességgel rendelkezik. Ez a folyékony alumíniumnak vízgőzzel való reagáltatásakor áll elő, és az olvadék azonnal felveszi atomosán. A vízgőz a betétanyagok, a kemence- és tégelyburkolat, a szerszámok, az ömlesztő- és folyósítóanyag, a gázhalmazállapotú és folyékony tüzelőanyagok valamint a légnedvesség útján érintkezésbe kerül a folyékony alumíniummal. Az oldott hidrogén mennyisége a fémfürdő hőmérsékletétől, az ötvözet összetételétől és a hidrogén parciális nyomásától függ. A hidrogénfelvételt nyílt égőlángokkal vagy az indukciós kemencéknél erőteljes fürdőmozgatással lehet kedvezőbbé tenni. Az öntési ötvözeteknek alkáliés alkáliföldfémekkel - mint a stroncium, nátrium és kalcium való nemesítésénél az olvadék hidrogéntartalma ismételten jelentős mértékben emelkedik, éspedig 100 g fémben több mint 0,3 ml hidrogén értékre, mivel a vízgőzbomlás ezen fémek által még gyorsabban megtörénik. Az olvadéktisztítást lehetőleg közvetlenül az öntés előtt kellene elvégezni, mivel egy túl korai időpontban végrehajtott kezelés az azt követő technológiai lépések következtében - mint pl. az olvadék átöntése annak szállítása céljából ismét szennyeződésekhez vezethet. Különösen az olvadéknak a légnedvességgel való érintkezése vezethet a hidrogéntartalom növekedéséhez és az alumínium idomtest - öntvényporozitásának ezzel együttjáró megnövekedéséhez. A szokásos tisztítási eljárásokat inért, vagy kémiailag aktív gázokkal is végzik. Az inért gázokkal - pl. argon vagy nitrogén- történő átöblítésnél a hidrogén a parciális nyomásának lecsökkenése útján gyakorlatilag fizikailag eltávolítódik. A hidrogéneltávolításnak ezen módja nagy technológiai ráfordítást igényel és azt a veszélyt rejti magában, hogy a hidrogén a kezelés során érintkezésbe kerül az olvadékkal. Ehhez járul még, hogy a nitrogénnek meghatározott ötvöző komponensekkel való bejuttatása nem kívánatos nitridképződést hozhat létre. A kémiailag aktív klórgáz alkalmazásakor aluminiumklorid képződik, ami a felületre emelkedik fel és az olvadékban való finom elosztódása révén hatásos öblítést hoz létre. A klórgáz azonban súlyos környezeti méreg és előállítása is költséges. Azok a védelmi intézkedések, amikkel megakadályozható a mérgező gáznak és reakciótermékeinek kijutása, széleskörű beruházásokat igényelnek. A kémiai szerek alkalmazásával ellentétben az olvadék vákuummal történő gáztalanítása különösen környezetbarát és hatékony módszernek bizonyult. Mindazonáltal az ezen eljárás eredménye és sikere főként az olvadék költséges továbbítása, közbenső lehűlése és újbóli felhevítése, ill. megolvasztása a szükséges ötvözési-, nemesítési- és vákuumos gáztalanítási eljárások után egészen a folyamatos öntésig, valamint az ezekkel szükségszerűen együttjáró, a légnedvességgel való érintkeztetés miatt nem valósítható meg optimális módon, úgyhogy az ötvözési- és nemesítési eljárás eredményeként, valamint a folyamatos öntés után nem kapnak gázszegény és pórusmentes aluminium-öntési ötvözeteket.

Ebből kiindulva a találmány feladata olyan eljárás és berendezés létrehozása gázszegény és pórusmentes alumínium-öntési ötvözetek - önthető aluminiumötvözetek - előállítására, ahol lehetséges az aluminiumolvadék légnedvességgel való érintkezésének rendkívül csekély mértéken tartása az ötvözési eljárástól a nemesítésen át egészen az öntött rudak folyamatos öntéséig, s ahol a környezetbarát és hatékony vákuumos gázmentesítést alkalmazzuk, valamint megakadályozzuk a nagy lehűtési sebesség által a nagy gázpórusok kialakulását.

A feladatot a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy a fémolvadéknak egy olvasztókemencében végzett ötvözését követően az olvadékot egy csatornarendszeren át közvetlenül bevezetjük egy vákuumkemencébe, majd a vákuumkemencében nemesítő komponenseket adunk hozzá és beállítjuk a folyamatos öntéshez szükséges öntési hőmérsékletet, miközben a vákuumkemencében a vákuumot a fémsűrűség periodikus mérése mellett további 5-240 percig fenntartjuk, végül ezt követően a fémolvadékot a csatornarendszeren keresztül közvetlenül a folyamatos öntőberendezésbe vezetjük, mimellett a fémolvadékot a folyamatos öntőberendezésbe való belépése előtt szűrjük. A találmány értelmében a fémolvadékot az olvasztókemencétől a csatornarendszeren át váltakozva vagy egyidejűleg két vákuumkemencébe vezetjük, úgyhogy a folyamatos öntőberendezésbe - amely előnyösen vízszintes folyamatos öntőberendezés állandó olvadék-betáplálás történhet. Az eljárás optimális minőségi és mennyiségi foganatosítása céljából fontos, hogy a vákuumkemencében való tartózkodás során a fémsűrűséget mérjük. Ezáltal lehetséges az, hogy az olvadéknak a vákuumban való tartózkodási időtartamát vezéreljük. Célszerű, hogy a vákuum fenntartása alatt • ··· •· · · · _Λ * ♦»· ·· ♦ί.....· ..·

- 5 a vákuum értéke 100 és 1 mbar között legyen. A vákuum fenntartási időtartamának szabályozása lényegileg a mért fémsűrűségi értékektől függ. így mindenképpen szükséges lehet, hogy a vákuum értékét a tartózkodás ideje alatt állandó értéken tartsuk vagy változtassuk. Például célszerű lehet, hogy ha a tartózkodás ideje alatt a lehetőleg nagy értékű vákuumot állítunk be, a növekvő fémsűrűséggel, miáltal lehetséges a hidrogén kiűzése parciális nyomásának további csökkenése útján, a növekvő fémsűrűség ellenére.

Egy vízhűtéses vízszintes folyamatos öntőberendezés használata által, amely gyorsan és viszonylag rövid úton tölthető a vákuumkemencéből származó olvadékkal, nagyobb lehűtési sebesség is adódik, ami megakadályozza nagyobb pórusok kialakulását. Az olvasztókemence, legalább egy vákuumkemence és a folyamatos öntőberendezés olyan elrendezése, hogy egy csatornarendszer útján össze vannak kötve egymással, lehetővé teszi, hogy a fém kezelési eljárás során mindig olvadékban legyen tartható. Elmaradnak a nagy energiaigényű megdermedési és újraolvasztási folyamatok, a csatornarendszeren át történő optimális olvadéktovábbítás következtében. Annak érdekében, hogy az olvadék folyását a csatornarendszerben a nehézségi erő kihasználásával megkönnyítsük, olyan lejtést alkalmaztunk, amit a kemencék és a folyamatos öntőberendezés eltérő szintekre helyezésével, vagy állítható magasságú csatornarendszerrel valósítunk meg. A csatornarendszer a találmány értelmében nyitott rendszer, miáltal az olvadék áramlásának ellenőrzését mindenkor biztosítani lehet.

A teljes áramlási útvonal rövidsége következtében minimális lesz az olvadék érintkezése a légnedvességgel.

·· ·η

A találmányt a továbbiakban a berendezés egy példaképpen! kivételi alaja kapcsán ismertetjük részletesebben a csatolt rajzok segítségével. Az ábrák közül:

- az 1. ábrán látható berendezés egy öntőkemencéből, két vákuumkemencéből és egy kerámia alakszűrővel ellátott vízszintes folyamatos öntőberendezésbol áll, melyeket csatornarendszer köt össze egymással;

- a 2. ábra egy kohóötvözet nyers öntött-cipójánál a keresztmetszeti pórustartalmat mutatja be, ahol az öntés vízhűtéses nyerscipó-öntőgépen történt;

- 3. ábránkon egy folyamatosan öntött buga keresztmetszete látható, amelyet a találmány szerinti eljárással és berendezéssel öntöttünk.

Az 1. ábrán bemutatott elrendezésnél az 1 olvasztókemence a hagyományos módon tégely- vagy kádkemenceként van kialakítva. Ez az 1 olvadékkemence szolgál az ötvözet előállítására. Itt az ötvözet-komponenseket mint a szilícium, magnézium, réz, titán, nikkel, stb. összeelegyítjük, elvégzünk egy raffinálási, azaz finomító kezelést reakciógáz és/vagy inertgáz segítségével és beállítjuk az olvadéknak a 2 vákuumkemencékbe való átvezetéséhez szükséges fémhőmérsékletet. Az olvadék a nehézségi erő hatására a 4 csatornarendszeren keresztül átfolyik a 2 vákuumkemencékbe. Az 1 olvasztókemence teljesítménye, ill. kapacitása akkora, hogy a két 2 vákuumkemencét váltakozó üzemben fel lehessen tölteni. A nemesítő komponenseket, mint a stroncium, nátrium, kalcium, a 2 vákuumkemencékben ötvözzük be és a kezelési hőmérsékletet az előre megadott öntési hőfoknak megfelelően állítjuk be. A 2 vákuumkemencékben a megömlött ötvözetet vákuum-kezelésnek vetjük alá, amit a fémsűrűség-vizsgálat eredményei szerint vezérlünk.

Amikor a fémsűrűség-vizsgálat már pozitív, akkor a két 2 vákuumkemencében lévő olvadékot egymás után elvezetjük a 4 csatornarendszeren át, valamint egy 5 kerámia alakszűrő közbeiktatásával a vízhűtéses 3 vízszintes folyamatos öntőberendezésbe, amellyel szabályos bugát öntünk. Az úgy előállított gázszegény és pórus mentes öntési ötvözetek lehetővé teszik a szakszerű újraolvasztásnál a nyújtható, pórusmentes öntött alkatrészek előállítását.

A 2. ábrán egy sok, nagyméretű pórussal rendelkező nyers öntöttcipó metszetét látjuk. Ezt az alaktestet nem a találmány szerinti eljárással és berendezéssel állították elő.

A 3. ábra egy, a találmány szerint előállított pórusmentes, folyamatosan, öntött buga metszetét mutatja.

Claims (15)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás gázszegény és pórusmentes alumínium öntési ötvözet előállítására az olvadék, vákuumos kezelésével, azzal jellem e z v e, hogy a fémolvadéknak egy olvasztókemencében (1) történő ötvözése után az olvadékot egy csatornarendszeren (4) át közvetlenül vákuumkemencébe (2) vezetjük, ott nemesítő komponenseket adalékolunk hozzá és beállítjuk a folyamatos öntéshez szükséges öntési hőmérsékletet, továbbá, hogy a vákuumkemencében (2) a vákuumot a fémsűrűség periodikus mérése mellett további 5-240 percig fenntartjuk, végül hogy ezután a fémolvadékot a csatornarendszeren (4) át közvetlenül a folyamatos öntőberendezéshez (3) vezetjük.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fémolvadékot a folyamatos öntőberendezésbe (3) való belépése előtt szűrjük.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az olvadékot az olvasztókemencéből (1) a csatornarendszeren (4) át felváltva vagy egyidejűleg két vákuumkemencébe (2) vezetjük.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fémsűrűség méréshez a vákuumot a vákuumkemencében (2) megszakítjuk.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vákuum fenntartása során a vákuum nagyságát, ill. értékét 100 és 1 mbar között tartjuk.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vákuum fenntartása során a vákuum nagyságát állandó értéken tartjuk.

   • *··· · ···· »· •·· «·· <· • 4·· ♦ » » · · ·
7. 7. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vákuum fenntartása során a vákuum nagyságát, ill. értékét változtatj uk.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vákuumos kezelés intenzitását a fémsűrűséggel korrelációba hozzuk.
9. 9. A 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vákuum befolyásának idejét a növekvő fémsűrűséggel növeljük.
10. 10. Berendezés a gázszegény, pórusmentes alumínium öntési ötvözeteket előállító eljárás foganatosítására, amely olvasztókemencéből, vákuumkemencéből és folyamatos öntőberendezésből áll, azzal jellemezve, hogy az olvasztókemence (1), a legalább egy vákuumkemence (2) és a folyamatos öntőberendezés (3) egy csatornarendszer (4) útján párhuzamosan és közvetlenül össze van kötve egymással, továbbá hogy a folyamatos öntőberendezés (3) elé egy szűrő (5) van kapcsolva, amely több vákuumkemence (2) csatlakoztatásakor kb. a kemencéket összekötő csatornák között kb. középütt van elhelyezve.
11. 11. A 10. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az olvasztókemence (1) alapszintje a vákuumkemence (2) és a folyamatos öntőberendezés (3) alapszintje felett van.
12. 12. A 10. vagy 11. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a folyamatos öntőberendezés (3) egy vízszintes folyamatos öntőberendezés.
13. 13. A 10-12. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a csatornarendszer (4) nyitott rendszer.
14. 14. A 10-13. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az olvasztókemence (1) és a vákuumkemencék (2) közötti, többszörös csatlakozási pontokkal (4a-4c) ellátott csatornarendszer-(4)szakaszok magasságban állíthatók.
15. 15. A 10-14. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a szűrő egy kerámia alakszűrő (5) ; -2-