NO118187B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat for støpning.

Foreliggende oppfinnelse angår kontinuerlig stopning

av metallbarrer i horisontale kokiller med åpne ender, spesielt av barrer av lettmetaller, aluminium og magnesium samt deres legeringer.

Kontinuerlig horisontal stopning av barrer for komer-siell produksjon er anvendt i større utstrekning enn kontinuerlig vertikal støpning på grunn av flere fordeler som er knyttet til den horisontale støpning. Ved den horisontale støpning som kommer i betraktning her, innføres smeltet metall fra en beholder som i de fleste tilfeller er atskilt fra en horisontal kokille med åpne ender ved hjelp av en delvis sperring som har en åpning gjennom hvilken det smeltete metall ledes fra beholderen til den kraftig kjølte kokille fra hvilken det størknete metall kontinuerlig fjernes i horisontal retning. Det er anordnet midler for å fjerne og å understøtte barren som forlater kokillen, og det er derfor anordnet et endeløst bånd, en rekke ruller eller liknende, som ligger an mot barrens bunnoverflate. Det endeløse bånd eller en annen understøttelse kan være kraftdrevet for å utføre begge funksjoner, nemlig å understøtte og å fjerne barren.

Når forholdsvis store barrer støpes, f.eks. barrer med en tykkelse av 40 cm og en bredde av 87 cm, hvilke dimen-sjoner egner seg særlig for valsing av plater, kan man konsta-tere et uensartet sammentrekkingsmønster i barrens tverrsnitt. Som vist på fig. 1 vil barren 10, støpt i en kokille som har en rektangulær åpning 12, oppvise en konkav overflate 14 som krever fjernelsen av en stor metallmengde for å danne en flat barre for varmevalsing eller liknende. Denne uensartete eller ujevne krymping eller sammentrekking i vertikal retning skyldes en uensartet varmebortføring da mer varme bortføres fra metallet i de ytre partier av barren. For å kompensere dette, blir bunn-og toppoverflåtene og av og til sideoverflåtene av kokille-åpningen så utformet at de har en konkav veggkonfigurasjon, som vist på fig. 2. Som vist på denne figur, støpes barren 10 i en kokille som har konkave innvendige topp- og bunnoverflater 20 for å skaffe en barre 12 med vesentlig flate overflater.

Mens den beskrevne kjølte kokille har åpne ender, er selvsagt utløpet av kokillen alltid lukket for å hindre at smeltet metall strømmer ut. Ved begynnelsen av hver støpeope-rasjon brukes en startplugg med passende størrelse og form for å lukke kokilleutløpet, vanligvis ved å innføre pluggen i ut-løpet. Støpeoperasjonen settes i gang ved å la smeltet metall fylle kokillen og å fjerne startpluggen sammen med den størknete eller delvis størknete barre som er forbundet med pluggen. Etter at startpluggen er fjernet, lukkes kokilleutløpet for strømmen av det smeltete metall ved hjelp av det størknete barremetall.

Ved den horisontale støpning er det viktig at bunnoverflaten av barren som forlater kokillen ligger i flukt med understøttelsesoverflaten for det endeløse bånd eller for rulle-understøttelsen, for å hindre en overdreven formendring av barren når barren når og føres langs den understøttende overflate. En større formendring her vil forårsake at denne tilstand også forekommer i den størknete barre, hvilket gjør barrelengden

i

litt bølgeformet eller spiralformet. Dette krever på sin side en overdreven metallfjernelse for å skaffe en ikke bølgeformet berreoverflate nødvendig for den senere fabrikasjon, f.eks. for varmevalsing. Ved den vertikale støpning møter man ikke disse problemer, da barren i hovedsaken er understøttet på sin ende. Ved den horisontale støpning møter man imidlertid det problem at mens det sentrale parti av barren er utsatt for en uensartet krymping som om mulig er således kompensert at bunnoverflaten av barren er vesentlig flat før den når understøttelsesmidlene, beholder startpluggen sin konvekse form. Ved begynnelsen av støpeoperasjonen anbringes startpluggen på understøttelsen i flukt med kokillebunnen for å lette innføring og fjernelse av pluggen. Når imidlertid den med en flat bunn forsynte barre som forlater kokillen når understøttelsesmidlene, har den vært utsatt for en uensartet krymping og derfor ligger dens bunn-side litt høyere enn understøttelsesmidlene i avhengighet av konkaviteten av kokillen. Det at barrens bunnoverflate ikke ligger i flukt med understøttelsesmidlet, resulterer i at det langs barrelengden dannes bølger eller spiraler som skyldes gjentatte formendringer i den størknete barre nedenfor under-støttelsesmidlene.

Hvor alvorlig dette problem er, er avhengig av stør-relsen og formen av barrens tverrsnitt. De forholdsvis store, flate barretverrsnitt som egner seg best for varmevalsing er mest utsatt. F.eks.krever ofte en barre som har et tverrsnitt med 40 cm tykkelse og 84 cm bredde, en kokillekonkavitet på omtrent 1,25 cm for topp- og bunnoverflåtene for å skaffe til-svarende vesentlig flate barreoverflater. Bølgene som resulterer fra den dermed forbundete stillingsforskjell forårsaker et meget stort metalltap ved overflatehøvling som er nødvendig for å oppnå flate overflater som skal varmevalses.

Oppfinnelsen har som oppgave å tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat for kontinuerlig støpning av metallbarrer i en horisontalt anordnet kokille med åpne ender og med innvendig bunn- og toppveggoverflater som har en vesentlig konkavitet for å kompensere en uensartet sammentrekking av barren i vertikal retning.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter de trinn at smeltet metall innføres i innløpet i den med åpne ender forsynte kokille mens kokilleutløpet vesentlig lukkes ved hjelp av en startplugg, at startpluggen fjernes, og at man lar det smeltete metall progressivt størkne for å danne en barre som er forbundet med og fjernes sammen med startpluggen, og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen karakteriseres ved å understøtte bare de bestemte ytre endepartier av startpluggen samt den med startpluggen forbundne krympete barre som svarer til de ytre partier av formens bredde hvor bunnsiden av formens utløpskon-kavitet ikke overskrider 50% av den totale konkavitet og dessuten ikke overskrider 9 mm.

Apparatet ifølge oppfinnelsen er av den art som omfatter en horisontalt anordnet kokille med åpen ende, og hvor innsideflaten av kokillens bunnvegg oppviser en vesentlig konkavitet for å kompensere en uensartet sammentrekking av barren i vertikal retning, innbefattende en startplugg med en tverrsnittsform som vesentlig svarer til formåpningen, slik at den kan anbringes inne i formåpningen og hermed tilnærmet lukke denne, samt anordninger for uttrekking av startpluggen og barren, som er forbundet med denne fra formen, og apparatet karakteriseres ved anordninger så som ett eller flere endeløse remmer eller belter som tjener til å bære eller oppstøtte bare side- eller ytterkantene av startpluggen og den krympete barren når denne trekkes ut av formen, idet de ytre partier av startpluggen og den krympete barren svarer til de ytre partiene av formbredden som har en maksimal utløpskonkavitet men som ikke overskrider 9 mm.

Problemet forbundet med bølgene dannet i barren på grunn av manglende utretting blir minsket ved å understøtte bare de ytre partier av startpluggen og av barrens tverrsnitt. Denne løsning har den fordel at den er billig og lett kan oppnås ved hjelp av eksisterende innretninger.

Oppfinnelsen vil bedre forstås på grunnlag av den føl-gende beskrivelse og vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 viser en rektangulær kokilleåpning og det derved erholdte barretverrsnitt. Fig. 2 viser en konkav kokilleåpning og det derved erholdte barretverrsnitt. Fig.3 er et enderiss, delvis i snitt, av apparatet for horisontal støpning, og fig. 4 er et snitt av en utførelsesform for oppfinnelsen. Et passende apparat for kontinuerlig støpning i en horisontal kokille er illustrert på fig. 3, hvor en beholder 30 for smeltet metall er anordnet på en side av en isolerende barriere eller sperring 32. På den motsatte side av sperringen befinner seg en horisontal kokille 34 som er kjølt ved hjelp av egnete kjølemidler, f.eks. vannkammere 36 forsynt med huller 38 for å tillate at vann 40 kan sprøytes mot kokilleoverflåtene og den fra kokillen kommende barre. Den på fig. 3 viste anordning er bare skjematisk eller representativ. En åpning 44 er anordnet i sperringen 32 for at flytende metall kan passere fra beholderen 30 til den kjølte kokille. Beholderen er omsluttet av passende isolasjonsdeler 48, og overflaten 31 av det smeltete metall holdes ved et høyere nivå enn overflaten av barren, så at flytende metall 51 i kokillen 34 befinner seg under en posi-tiv trykkhøyde av det flytende metall. Innenfor kokillen dan-ner det smeltete metall med en gang en forholdsvis tynn over-flatehinne 50 på barren, når metallet kommer i berøring med den kraftig kjølte overflate av kokillen. Denne hinne blir tykkere når barren progressivt forlater kokillen. En ideell størknings-linje 52 er vist for midten av barrebredden. Som vist på fig. 3 kan barren 60 være størknet en viss tid før den når under-støttelsesmidlet som i det viste tilfelle består av en endeløs rem 64 understøttet av remrullene 66 og av understøttelsesplaten 68 for remmen. Remrullene 66 har en diameter på ca. 50 - 62,5 cm og ligger i en innbyrdes avstand på 180 til 300 cm. Rem-bredden er som oftest minst like stor som barren. Avstanden mellom kokilleutløpet og det første berøringspunkt mellom remmen og barren utgjør vanligvis fra 25 til 75 cm. Hvis ønsket, kan det anordnes visse midler, f.eks. en topprulle 70, for å trykke barren mot barreunderstøttelsen og å sikre en intim kontakt mellom barren og remmen. Remrullene 66 kan være kraftdrevet så at remmen både understøtter og fjerner barren. Kraftoverførin-gen omfatter fortrinnsvis en variabel hastighetsanordning for å ta i betraktning de forskjellige støpe- eller barrefjernel-seshastigheter. En annen fordel består deri at når støpeope-rasjonen begynner, er det best at startpluggen bringes temmelig gradvis til den ønskete støpehastighet. Selvsagt kan man bruke ruller istedenfor endeløse remmer, og det hovedsakelige organ som fjerner barren kan være et annet enn understøttelsesmidlet, f.eks. en klemmerulle 70. Forskjellige andre muligheter vil være klare for fagfolk, skjønt det har vist seg at den på fig. 3 viste kraftdrevne rem virker meget godt.

Som nevnt tidligere, må remmens understøttelsesover-flate for barren bringes i flukt med barren, når barren når remmen, for å hindre en avbøyning av barren, men dette utrettings-problem blir eliminert ved at bunnsidene henholdsvis av barren og startpluggen ankommer til understøttelsesremmen i forskjellige høyder. Som også nevnt tidligere, er dette utrettingspro-blem som forårsaker dannelsen av bølger i barren avhengig av størrelsen og formen av barretverrsnittet. Et forholdsvis lite symmetrisk tverrsnitt, f.eks. et L5 cm kvadrat, skaffer forholdsvis mindre problemer i den henseende, mens et tverrsnitt med en tykkelse på 15 cm og en bredde på 75 cm kan ha en utrettings-forskjell lik dimensjonen "x" på fig. 2 på 3 mm. Generelt sagt, er en manglende utretting mellom barren som forlater kokillen og understøttelsesmidlet ikke kritisk så lenge den er betydelig lavere enn 3 mm. Når imidlertid denne tilstand nærmer seg 3 mm og øker, kan det resultere i at barren har bølger som er for store fra kommersielt standpunkt. Den enkleste måte å sette i korrelasjon størrelsen av utrettingsforskjellen og det brukte apparat, er å betrakte utrettingsforskjellen som omtrent svarende til den totale konkavitetsdimensjon "x" på fig. 2 av kokille-åpningens bunnoverflate, og oppfinnelsen vil således beskrives på denne måte. Oppfinnelsen vedrører således den tilstand hvor bunnoverflaten av kokillen har en vesentlig konkavitet, men særlig hvor denne konkavitet utgjør 3 mm eller mere, og spesielt hvor den utgjør 6 mm eller mere, i hvilket tilfelle de resul-terende bølger i barren kan forårsake meget kostbare metalltap.

Løsningen av utrettingsproblemet ifølge oppfinnelsen består i å understøtte både startpluggen og den dermed forbundete barre bare ved de ytre partier av deres respektive bredder. Dette kan oppnås ved anordningen av to smale remmer istedenfor av en eneste bred rem 64, eller ved å anbringe to slike remmer på en eksisterende eneste rem. F.eks. som vist på fig. 4, er den med en flat bunn forsynte barre 60 understøttet bare på det ytre parti av sin bredde ved hjelp av smale remmer 65, og det samme gjelder startpluggen 74. En praktisk grense ifølge oppfinnelsen er at barren og startpluggen ikke skal understøttes av mere enn den del av det ytre breddeparti som svarer til en maksimal konkavitet på ca. 50% av den totale konkavitet. I en foretrukket utførelsesform er denne verdi ytterligere begrenset til høyst 9 mm. Som vist på fig. 2, er en side av barren under-støttet på et hvilket som helst punkt mellom den ytre kant 16 og et indre punkt som svarer til en konkavitet "y" på ikke mere enn 50%, eller halvparten av "x", eller over hele dette ytre område, f.eks. ved hjelp av en rem eller rullebånd med passende bredde, for å understøtte en side av barren fra det indre punkt til punktet 16. idet den andre siden av barrebredden er under-støttet på liknende måte. Det gjentas altså at hver rem 65 understøtter barren 60 og startpluggen 74 ved den ytre del av deres respektive bredder, idet den derved tilveiebrakte under-støttelse ikke strekker seg innover mot midten av barrebredden utenfor det parti av barren som svarer til en konkavitet av kokillens bunnoverflate på mere enn 50% av den totale konkavitet. Som nevnt ovenfor, foretrekkes å begrense ytterligere denne verdi "y" på fig. 2 til høyst 9 mm. Understøttelsesplaten 68 for remmen kan være tilstrekkelig bred for å understøtte begge remmer, eller den kan omfatte to separate plater som skaffer separate understøttelser for hver rem, skjønt den første ut-førelsesform kan foretrekkes da den sikrer at remmene vil ligge i et felles plan. Skjønt bare en understøttelse av barren ved hjelp av en endeløs rem er ovenfor detaljert beskrevet, kan man ifølge oppfinnelsen bruke ruller eller liknende. Dersom man bruker ruller, kan man anbringe remmer langs deres periferi for å skaffe den samme understøttelse ifølge oppfinnelsen som den som tilveiebringes ved hjelp av remmer.

Størrelsen av remtverrsnittet kan betydelig variere,

da det er tilstrekkelig at man har en tykkelse som tillater at bunnen av startpluggen kan gå fri av understøttelsesplaten 68 for remmen. Imidlertid er det funnet at en tykkelse på 1,5 cm til 1,8 cm er mest fordelaktig da den er tilstrekkelig for bruk med kokiller som har en bunnoverflate-konkavitet på 1,25 cm, hvilket omfatter nesten alle barrestørrelser av praktisk kom-mersiell betydning. En av lerret og gummi sammensatt rem med denne tykkelse har også vanligvis en tilstrekkelig elastisitet for å kompensere de små krympinger som opptrer ved de ytre partier av barrebredden.

Bredden av remmer er ikke særlig kritisk, skjønt fra praktisk kommersielt standpunkt er det mest fordelaktig å velge en kombinasjon av bredden og avstanden som er forenlig med så mange barrestørrelser som mulig. Dette bringer selvsagt til et minimum nødvendigheten av å skifte stillingen av remmer når man endrer kokillestørrelser. F.eks. vil to remmer, hver med en bredde på 20 cm og en tykkelse på 1,5 cm, som er således anbrakt at det finnes en avstand mellom remmene på ca. 60 cm, være til-fredsstillende for de fleste barrer som har bredder fra 75 cm til 112,5 cm. Det er imidlertid klart at man kan gjøre mange forandringer i disse størrelser for å tilpasse dem til særlige omstendigheter forbundet med det brukte spesielle apparat for kontinuerlig støpning, og fagfolk vil ikke ha noen vanskelig-heter med å finne de nødvendige verdier. F.eks. hører barre-størrelsen, sammensetningen og støpehastigheten til de viktigste faktorer som må tas i betraktning.

For å illustrere ytterligere hvordan oppfinnelsen gjennomføres gis følgende eksempel. Barrer støpes horisontalt fra en aluminiumslegering som har en nominell sammensetning av 4,5 vektprosent magnesium, og resten aluminium og tilfeldige forurensinger. Barrene har et forhåndsbestemt tverrsnitt med en tykkelse på 40 cm og en bredde på 97,5 cm med flate bunn- og toppoverflater, og de skal brukes for varmevalsingsanlegg.Kokillen har en åpning svarende til tverrsnittet av barren, unntatt at de indre topp- og bunnoverflater har en.konkavitet på nesten 1,25 cm. Barrene støpes i et apparat av den art som er vist på fig. 3 og beskrevet ovenfor. Det brukes en flat rem for å fjerne barren, og en topp-klemmeruile for å sikre en intim kontakt mellom dem. Understøttelsesremmen og bunnoverflaten av kokillen bringes i flukt for å lette fjernelsen av startpluggen som har et tverrsnitt helt identisk med tverrsnittet av kokille-åpningen med unntakelse av en liten periferisk klaring på f.eks. 3/4 mm eller 1% mm. Startpluggen innsettes i kokillen, og smeltet metall innføres i beholderen for smeltet metall og derfra i kokillen. Fjernelsen av startpluggen påbegynnes med en gang etter at smeltet metall fyller kokillen, for å hindre at massivt metall størkner i kokillen og beholderen, hvilket kan hindre en vellykket støpeoperasjon. Barren som støtter direkte til startpluggen tilpasser seg omtrent dens konkave parti, men etter en meget liten strekning på ca. 25 cm får den meget flate overflater ved toppen og bunnen. Når imidlertid denne stabile barre-konfigurasjon en gang er oppnådd, ligger barrens bunnoverflate 1,25 cm over understøttelsesremmen. Dersom denne manglende utretting ikke kompenseres som beskrevet tidligere, bevirker den at barren bøyer seg 1,25 cm nedover og hviler på remmen. Av-bøyningen er varig, hvilket forårsaker at barreaksen mellom kokillen og understøttelsesremmen heller nedover mot remmen. Me-tallbarren som deretter forlater kokillen må også være avbøyet nedover mot den understøttende removerflate. Dette skaffer en rekke bølger langs barrelengden. Ved slutten av støpeopera-sjonen er det nødvendig å fjerne overflatefeilene fra barren for å forberede topp- og bunnoverflåtene for varmevalsing. Dette kan forårsake en metallfjernelsesdybde på bare 6 mm, når man tar i -betraktning seigring og andre overflateegenskaper som skal rettes ved hjelp av høvlingsprosessen. På grunn av de spiral-formete bølger opp til 1,25 cm langs barrelengden må imidlertid denne' dybde økes til 1,8 cm på både toppen og bunnen for å sikre oppnåelsen av et vesentlig rett støpestykke med overflater som egner seg for varmevalsing. I en støpeoperasjon hvor barre-fjernelsesremmen blir fjernet fra remrullene og erstattet med to separate remmer, hver med en tykkelse på 1,8 cm og en bredde på 20 cm, anbrakt så at de ligger bare an mot de ytterste 15 cm av barrebredden og startpluggen, blir removerflaten brakt i flukt med det forhåndsbestemte plan av den med en flat bunn forsynte barre. Støpningen påbegynnes som tidligere, og her er den manglende utretting av den med en flat bunn forsynte barre praktisk talt lik null, så at det ikke finnes merkbare avbøy-ninger langs barrelengden. Denne barre kan forberedes for varmevalsing ved bare å fjerne 6 mm av metallet fra topp- og bunnoverflåtene, sammenliknet med 1,8 cm ifølge den tidligere praksis. Denne metallbesparelse er meget viktig ved en kommer-siell operasjon.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig støpning av metallbarrer i en horisontalt anordnet kokille med åpne ender og med innvendig bunn- og toppveggoverflater som har en vesentlig konkavitet for å kompensere en uensartet sammentrekking av barren i vertikal retning, omfattende de trinn at smeltet metall inn-føres i innløpet i den med åpne ender forsynte kokille mens kokilleutløpet vesentlig lukkes ved hjelp av en startplugg, at startpluggen fjernes, og at man lar det smeltete metall progressivt størkne for å danne en barre som er forbundet med og fjernes sammen med startpluggen, karakterisert ved å understøtte bare de bestemte ytre endepartier av startpluggen samt den med startpluggen forbundne krympete barre som

svarer til de ytre partier av formens bredde hvor bunnsiden av formens utløpskonkavitet ikke overskrider 50% av den totale konkavitet og dessuten ikke overskrider 9 mm.

2. Apparat til utførelse av fremgangsmåten som angitt i krav 1, omfattende en horisontalt anordnet kokille medåpne enda; og hvor innsideflaten av kokillens bunnvegg oppviser en vesentlig konkavitet for å kompensere en uensartet sammentrekking av barren i vertikal retning, innbefattende en startplugg med en tverrsnittsform som vesentlig svarer til formåpningen, slik at den kan anbringes inne i formåpningen og hermed tilnærmet lukke denne, samt anordninger for uttrekking av startpluggen og barren, som er forbundet med denne fra formen, karakterisert ved anordninger så som ett eller flere endeløse remmer eller belter (64) som tjener til å bære eller oppstøtte bare side- eller ytterkantene av startpluggen og den krympete barren når denne trekkes ut av formen (34), idet de ytre partier av startpluggen og den krympete barren svarer til de ytre partiene av formbredden som har en maksimal utløpskonkavitet på 50% av den totale utløpskonkavitet men som ikke overskrider 9 mm.