NO134247B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for redusering av sprøheten til støpte legeringsgjenstander ved å utsette gjenstandene for en avkjøling i et temperaturområde mellom

1000° og 650°C med en hastighet på ikke mer enn 1° pr. minutt, idet materialet som skal avkjøles føres nedover av tyngdekraften gjennom en varmeisolert sone mot en oppoverrettet strøm av luft.

Oppfinnelsen vedrører også et apparat for gjennom-føring av fremgangsmåten.

For å-redusere sprøheten til legeringer, slik.som ferrosilisium, silisiummangan, ferromangan og lignende, som har fått sin riktige"form fra støpeformer som har hulrom utformet

med på forhånd bestemte konturer, er det kjent å føre disse gjennom et isolert tårn eller rør ved hjelp av tyngdekraften, idet tårninnretningen har en kontrollerbar utløpsinnretning. Tiden som trenges for at de formede legeringsenheter skal passere gjennom røret reguleres automatisk ved justering av ut-løpsinnretningen, idet den innstilte tid skal være tilstrekkelig for kontrollert avkjøling av de formede legeringsenheter med en hastighet og i en grad som er nødvendig for den spesielle støpte legering.

Legeringsprodukter blir vanligvis støpt i store kokiller og etter avkjøling til omgivelsestemperatur blir pro-duktene presset ved hjelp av konvensjonelle innretninger, slik at det produseres legeringsenheter av forskjellige former. På grunn av legeringens sprøhet blir det dannet en betraktelig mengde støvkorn og partikler med varierende størrelse under arbeidet med pressingen og senere under transporten av de utsorterte formede enheter på grunn av de brå og urolige bevegel-ser som oppstår. Støvkornene og partiklene med varierende størrelse er det praktisk talt umulig å selge og følgelig redu-seres nettomengden av utsorterte formede enheter av legering som er tilgjengelig for bruk. Det har vært gjort forsøk på å smelte om igjen støvkornene, men dette medfører en tilleggsope-rasjon som øker de totale kostnadene for de formede enheter av legeringen.

En annen fremgangsmåte for produksjon av formede enheter av legering omfatter direkte støping av legeringen i for-, mer som har hulrom utformet med på forhånd bestemte konturer.

Når de støpte, formede enheter av legering fjernes fra formene, blir de luftavkjølt til omgivelsestemperatur og deretter transportert direkte til et på forhånd bestemt sted. Disse.legerings-Støpningene er fortsatt sprø og transporten forårsaker dannelse av støvkorn og stykker av varierende størrelse av legeringen, noe som reduserer den brukbare nettomengde av ønskede formede legeringsenheter .

Det er således hensikten med foreliggende oppfinnelse

å unngå ulempene.ved de kjente fremgangsmåter og innretninger og å kjøle legeringsgjenstander gjennom et spesielt temperaturområde med en hastighet som er slik at deres første sprøhet re-duseres i en slik grad at det fremkommer betydelig færre, fine og galt dimensjonerte partikler til den etterfølgende pressing. En gjenvinning av den varme som tildeles til luften som passerer gjennom materialet som kjøles er herved uvesentlig.

Dette oppnås ved en fremgangsmåte samt et apparat

som er kjennetegnet ved det som fremgår av-kravene.

Fordelen med foreliggende oppfinnelse er at de fore-trukne legeringsstøpninger blir fjernet fra formene og bevisst avkjølt med en jevn hastighet og til en endelig grad som frem-bringer seige, ikke-sprø, formede legeringsenheter som kan transporteres uten å brekke istykker til støvkorn og Stykker av varierende størrelse.

En annen fordel er at det oppnås en kontinuerlig <y>armebehandlingsprosess hvor formede legeringsenheter kan bli kontinuerlig ført inn på toppen av tårnet eller beholderen og automatisk sluppet ut i bunnen.

Forklart i store trekk utføres en kontrollert avkjøl-ing av støpningene med hensyn til hastighet etg avkjølingsgrad. Det benyttes en vertikal varmeisolert beholder eller tårninnret-ning som har en åpning på eller nær toppen for å motta varme formede enheter av legering fra former eller lignende og en åpning ved eller nær bunnen for å slippe ut de forholdsvis av-kjølte støpninger. En endeløs transportinnretning hvis hastighet kan varieres, er passende plasert nær utløpsåpningen for at de formede legeringsenheter som er blitt ført ned gjennom tårnet ved hjelp av tyngdekraften skal bli transportert bort fra tårnet. Uten transportøren ville utløpsåpningen tettes igjen og hindre strømmen av de formede legeringsenheter gjennom tårnet. Ved å justere hastigheten på transportøren kan følgelig tiden som er nødvendig for at de formede legeringsenheter skal strøm-me gjennom tårnet bli regulert, og denne tiden avhenger av hastigheten og graden av avkjøling som de spesielle legeringsenheter skal utsettes for. F.-eks. bør formede enheter av 50 % ferrosilisium-legering avkjøles med en maksimal temperaturreduk-sjon på omkring 1°C pr. minutt til en temperatur på omkring 650°C blir nådd. Deretter kan de formede ferrosilisium-enheter utsettes for fri luft for avkjøling ned til omgivelsestemperatur.

Ved drift blir innsiden av varmebehandlingstårnet til å begynne med varmet opp til en temperatur på over 1000°C.

Dette blir fortrinnsvis oppnådd ved å plasere et underlag av isolerende materiale, slik som vermikulitt eller sand, inne i tårnet, og deretter ved å anbringe en første porsjon med varme legeringsstøpninger på det isolerende materiale. Det isolerende materiale hindrer at varme fra legeringsstøpningene slipper vekk og bringer således hurtig temperaturen inne i tårnet til over 1000°C. En dør som stenger for åpningen ved eller nær bunnen av tårnet blir deretter åpnet så mye som det er nødven-dig for å oppnå en trekk som kan benyttes til å danne en temperaturgradient inne i tårnet, slik at den øvre sonen eller delen vil oppnå over 1000°C og den nedre sone omkring 650°C. En kom-pressor av konvensjonell type kan anvendes til å presse til-leggsluft opp gjennom tårnet, slik at man bedre kan regulere temperaturgradienten inne i tårnet og bevare en ønsket avkjøl-ingshastighet for legeringsenhetene som føres gjennom tårnet. Dersom avkjølingshastigheten skulle øke eller temperaturgradienten skulle endres fra det som er ønskelig, kan dessuten et deksel plaseres over åpningen på toppen og/eller utløpsåpningen kan bli fullstendig lukket, da en av disse operasjoner vil stoppe trekken inn i tårnet og således forårsake at hastigheten av temperaturreduksjonen settes ned. I henhold til oppfinnelsen plaseres innstillbare hull rundt omkretsen av tårnet, i hvert fall i ett høydenivå, idet hvert eventuelt nivå med hull kan påvirkes uavhengig for å lufte ut noe av luften inne i tårnet, slik at temperaturen i et hvilket som helst bestemt høyde-nivå kan bli regulert etter ønske. Ved å kombinere disse regu-lerende egenskaper kan således temperaturgradienten bli justert og opprettholdt for å tilfredsstille kravene for varmebehandling av en hvilken som helst type legeringsstøpninger.

Det isolerende materiale som til å begynne med ble ført inn i tårnet, blir sluppet ut gjennom den nedre åpning og opp på en transportør med en hastighet som er tilstrekkelig til å regulere passeringen av legeringsenhetene gjennom tårnet, slik at ikke hastigheten av temperaturreduksjonen overskrider det som forlanges for den spesielle legering som blir varmebehandlet. Etterfølgende porsjoner med formede enheter av legering kan deretter bli anbragt direkte på toppen av tidligere porsjoner, slik at det sørges for en kontinuerlig, automatisk varmebehandlings-prosess. Et underlag av isolerende materiale kan fylles på mellom porsjonene med legeringsenheter når temperaturdifferansen mellom porsjonene overskrider omkring 150°C. Det kan også være fordelaktig under visse forhold å tilføye et isolerende materiale samtidig med legeringsenhetene, slik at det dannes en gene-rell blanding som kan bli ført gjennom tårnet med en regulert hastighet som vil sikre at de formede legeringsenheter ikke av-kjøles raskere enn ønskelig. Når avkjølingen skjer med en meget lav hastighet, så kan kompressoren benyttes til å øke luftstrøm-men gjennom tårnet for å øke hastigheten.

Oppfinnelsen er i det følgende nærmere forklart ved hjelp av tegningen, som viser: fig. 1 et sideriss av et varmebehandlingstårn med en transportør hvor hastigheten kan varieres,

fig. 2 et snitt av fig. 1 langs linjen A-A,

fig. 3 et riss av et sorteringsgitter som er festet til enden av transportøren.

Med henvisning til tegningen er det på fig. 1 og/eller 2 vist et sylindrisk tårn 1 som har et isolerende mellomlegg 21 laget av ildfast sten, formbart ildfast materiale éller lignende, og hvor det ildfaste mellomlegg blir understøttet av støtteinn-retninger av stål 2. På toppen av tårnet er det plasert et deksel 3 over en påfyllingsåpning 4.. Den nedre del av tårnet er bygget slik at den danner en vinkel mellom omkring 30° og omkring 60°, og fortrinnsvis omkring 45° > slik at det derved fremkommer en elliptisk formet åpning. En isolerende dekkplate 5 som har en elliptisk form i samsvar med den ellipseåpning som er fremkommet, er fast montert til tårnveggen, slik at åpningen tettes igjen. Det er utskåret en bueformet utløpsåpning 6 i den nedre del av det lengste veggstykke av tårnet. Det er festet sideplater 7 på hver side av utløpsåpningen 6 for å tilveiebringe en styrende eller ledende konstruksjon for å slippe ut legeringsstykkene. Den isolerende dekkplate 5 kan forlenges noe og gjøres firkantet for tilpasning til de vertikale sideplater 75 slik at det tilveiebringes en skråttliggende gliderenne. Døren 8 er plasert vertikalt og montert til sideplatene 7 ved hjelp av en egnet innretning, slik at den kan gli langs sideplatene og er vist i en delvis åpen stilling. En transportør av transportbåndtypen 9 hvor hastigheten kan varieres, blir drevet med en motor 10 og er plasert nær utløpsåpningen 6. Vin-kelen som transportøren danner med den vertikale dør 8 kan varieres mellom ca. 15° og ca. 90°. På tegningen er vist en vinkel pa ca. 55 .

Sorteringsgitteret 13, som er vist på fig. 1 og 3,

og som har parallelle sideplater 12, er plasert nær enden av transportøren, slik at når de formede enheter av legeringen slippes ned på sorteringsgitteret, vil de mindre enheter 22 passere gjennom på forhånd bestemte åpninger i gitteret og falle ned i beholderen lk, mens de ønskede størrelser 11 vil bli le-det ned i beholderen 15- Således er varmebehandlingsprosessen for legeringsenhetene automatisk fra det tidspunkt de fylles ned i tårnet og inntil de føres ned i beholderen 15-

I det minste er ett nivå av horisontalt plaserte luf-tehull 20 anbragt i omkretsen rundt tårnet og tilpasset hullene 18 i ringformede ringer 19. Ved å dreie ringene 19 kan hullene

20 bli åpnet mer eller mindre fra helt lukket posisjon til helt

åpen posisjon. En luftkompressorinnretning kan også forbindes til hullene -20 ved passende ledningsrør, slik at luft kan pres-ses inn i tårnet i et hvilket som helst bestemt nivå og dermed

tilveiebringe et bedre regulert avkjølingsapparat.

Ved begynnelsen av driftsfasen er døren 8 lukket og et underlag av isolerende materiale, slik som vermikulitt eller sand, blir til å begynne med ført ned i tårnet gjennom åpningen 4 til en høyde som er tilstrekkelig til at i hvert fall åpningen

6 blir dekket. Støpte, formede enheter av metallegering 11 som på forhånd har blitt formet i spesielle hulromsformer, blir ført gjennom åpningen 4 ned på underlaget av isolerende materiale. Varmen fra legeringsenhetene øker raskt temperaturen inne i tårnet til mer enn 1000°C over omgivelsestemperaturen. Deretter blir utløpsdøren 8 delvis åpnet, dersom det er nødvendig, for å tilveiebringe trekk eller konveksjon av luft inne i tårnet, noe som forårsaker at den nedre del av tårnet kjøles raskere enn den øyre del, da varmen stiger mot toppen. Når den nedre sone av tårnet har nådd omkring 650°C, kan lagringsenhetene inne i denne sone nå bli sluppet ut gjennom åpningen 6. Dersom avkjølings-hastigheten er for stor, blir dekslet 3 plasert over åpningen 4 eller døren 8 blir lukket for å stanse konveksjonsstrømmen av luft. Ved riktig justering av konveksjonsstrømmen av luft kan det etableres en temperaturgradient inne i tårnet, slik at en temperatur på omkring 650°C kan opprettholdes i den nedre del, mens en temperatur på over 1000°C kan opprettholdes i den øvre del. For å øke konveksjonen av luft, presser kompressorinnret-ningen 16 luft gjennom hullene 17 som er plasert i dekkplaten 5. For å regulere temperaturen i- en hvilken som helst bestemt høyde inne i tårnet, kan luftehullene 20 åpnes, dersom det er nødven-dig, for å lufte ut noe av konveksjonsstrømmen av luft inne i

tårnet eller for å presse tilførselsluft inn i tårnet for derved å tilveiebringe et middel til å oppnå en temperaturgradient inne i tårnet som kan reguleres i forskjellige nivåer.

Når det.er. stor temperaturdifferanse mellom legeringsenhetene inne i tårnet og legeringsenhetene som fylles på, kan en tilstrekkelig mengde av et isolerende materiale tilsettes før de varme legeringsenheter fylles. Dette vil sikre at de varme støpninger vil bli holdt i toppdelen av tårnet hvor temperaturen er over 1000°C i en bestemt tid før de på grunn av tyngdekraften føres gjennom tårnet hvor temperaturen avtar.

Åpningen av døren 8 til forskjellige høyder virker

inn på strømningshastigheten av legeringsenhetene gjennom tårnet og tilveiebringer således et tilleggsmiddel for kontrollerbar avkjøling av legeringsenhetene.

Transportøren 9 kan inneholde et endeløst transportbånd som har hull som er mindre enn de ønskede størrelser på legeringsenhetene, slik at bare støvkorn av legeringen og stykker med for liten størrelse kan passere gjennom, mens de ønskede størrelser av legeringsenhetene transporteres til et på forhånd bestemt samlested eller anbringelsessted. Med stykker med for liten størrelse skal man forstå at det inkluderes materiale som er tilsatt sammen med legeringsenhetene.for isolasjonsformål eller lignende.

Eksempel

En støpeform av jern som inneholdt tolv hull ble benyttet til å produsere avkortede enheter med pyramideform av 50 % ferrosilisium som skulle tilfredsstille en spesifikasjon på 12,5 x 5 cm, hvorved en slik spesifikasjon krever at i det minste 90 % av legeringsenhetene passerer gjennom et 12,5 cm gitter, maksimalt 10 % som passerer gjennom et 15 cm gitter og maksimalt 10 % som passerer gjennom et 5 cm gitter. Flere kon-trollerte temperaturstøpninger fra en 453 kg induksjonsovn ble benyttet i formen for å produsere omkring 1360 kg 50 % ferrosilisium i formede enheter. Et underlag av vermikulitt ble anbragt i et 198 cm høyt varmebehandlingstårn som hadde en utven-dig diameter på 60 cm og en innvendig diameter på 50 cm. Den nedre del av tårnet var kuttet i en vinkel på omkring 45° og en isolerende plate var festet til veggen av tårnet og tilveie-bragte således en innvendig skråttliggende flate som ville lede materialet inne i tårnet til en utløpsåpning plasert ved den nedre del av det lengste veggstykke på tårnet. Underlaget av vermikulitt som ble tilført tårnet dekket utløpsåpningen i den nedre del av tårnet. De formede enheter av 50 % ferrosilisium ble anbragt på underlaget av vermikulitt med en temperatur som oversteg 1000°C. En innstillbar klaff var festet til bunnen av tårnet (for å simulere et endeløst transportbånd) for å regulere utslippingen av vermikulitten fra den nedre åpning og således gjøre det mulig for de formede legeringsenheter å strømme gjennom tårnet ved hjelp av sin egen tyngde og med en hastighet hvor de ble avkjølt med maksimalt 1°C pr. minutt til de nådde en temperatur på omkring 650°C. Det tok omkring 8 timer for 1360 kg med formede legeringsenheter å passere gjennom tårnet.

Driften av tårnet og den simulerte transportør bød ikke på noen vanskeligheter, og det ble produsert formede enheter av 50 % ferrosilisium som hadde et utmerket ytre fysisk utseende som tilfredsstilte spesifikasjonen 12,5 x 5 cm som beskrevet oven-

for med bare 10 % vrak etter at de produserte legeringsenheter var blitt underkastet en prøve på sprøhet, dvs. gjennomgått et 4 fot høyt fall seks ganger. Årsaken til 10 % vrak var i hoved-

saken brekkasje av legeringsenhetene,til stykker som var mindre enn det som blir krevet av spesifikasjonen 12,5 x 5 cm. På den annen side, når 50 % ferrosilisium, støpt i store kokiller, ble utsatt for fri luft for hurtig avkjøling ned til omgivelsestem-

peratur og deretter knust for å skaffe tilveie bestemte størrel-

ser for å tilfredsstille spesifikasjonen 12,5 x 5 cm, fremkom en gjennomsnittlig yrakprosent på omkring 25 etter gjennomgått prøve på sprøhet. Vi ser således en vesentlig forbedring i det salg-

bare sluttprodukt av enheter av 50 % ferrosilisium som et resul-

tat av fremgangsmåten og apparatet ifølge foreliggende oppfinn-

else. I tillegg blir varmebehandlingen av de formede legeringsenheter oppnådd på et automatisk grunnlag med en kontinuerlig tilførsel av varme, og hvor formede legeringsenheter blir ført inn i en ende av tårnet og de ferdige varmebehandlede, formede enheter blir sluppet ut i den andre. Bevisst avkjøling av de formede legeringsenheter med en langsommere reduksjon av maksi-mumstemperaturen enn det som inntreffer når de blir utsatt for fri luft gir en mindre sprø, formet legeringsenhet som kan mot-

stå den hardhendte behandling som opptrer under transport og under avlasting ved det endelige bestemmelsessted.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for redusering av sprøheten til støpte legeringsgjenstander ved å utsette gjenstandene for en avkjøling i et temperaturområde mellom 1000° og 650°C med en hastighet på

   ikke mer enn 1° pr. minutt, idet materialet som skal avkjøles, føres nedover av tyngdekraften gjennom en varmeisolert sone mot en oppoverrettet strøm av luft, karakterisert ved at den oppoverrettede strøm av luft tilveiebringes ved konvek-sjonsstrømning av luft fra omgivelsene som føres inn ved bunnen av sonen og slippes ut ved ett eller flere nivåer, idet hastigheten for utstrømningen av konveksjonsluft og hastigheten med hvilken de avkjølte gjenstander føres gjennom sonen er tilpasset til hverandre for å tilfredsstille kravene for kjølebehandlingen.
2. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at det innføres et spesielt varmeisolerende materiale i den varmeisolerte sone sammen med legeringsgjenstan-dene eller mellom adskilte mengder av disse.
3. 3. Apparat for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 2, omfattende en vertikal varmeisolert beholder med en avtettbar åpning ved toppen for innføring av legerings-gjenstandene som skal avkjøles, en åpning i den nedre del for uttømming av det avkjølte materiale og en transportør med vari-erbar hastighet plasert hosliggende til den nedre åpning for kontinuerlig fjerning av det materiale som oppsamles på den og som tenderer til å blokere åpningen, karakterisert ved at beholderen (1) i hvert fall på ett sted er utstyrt med omkretsplaserte luftutløp (20) omgitt av en roterbar krave (19) med åpninger (18) som kan bringes til overlapping med luftutløpene (20) ved en dreining av kraven (19).