NO140132B - Fremgangsmaate ved kontinuerlig kokillestoeping av aluminiumblokker - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte av den art

som er angitt i krav en's ingress.

Det er vanlig å foreta kontinuerlig direkte kokillestoping

av en aluminiumblokk i en grunn og i enden åpen vertikal stopeform, som ved sin nederste ende opprinnelig er lukket ved hjelp av en bevegelig plattform eller sete. Stopeformen er omgitt av en kjolemantel, gjennom hvilken det kontinuerlig sirkulerer vann for derved å avstedkomme en ytre kjoling av stopeforms-veggen. Smeltet aluminium helles inn i den kjolte stopeformen. Dette smeltede metall storkner ved stopeformens periferi, mens det i sentrum forblir en metalldam. Plattformen beveges nedover med konstant hastighet inntil en blokk med onsket lengde er tilvirket.

Blokken som fremkommer fra den nedre enden av stopeformen,har

en storknet stopehud, men er fremdeles smeltet i sentrum.

Dammen av smeltet aluminium strekker seg nedover i blokken og har et kontinuerlig minskende tverrsnitt.

Overflaten til blokken blir direkte kjblt ved hjelp av vann under stopeformen. Den direkte kjolingen av blokkens over-

flate tjener til å bibeholde den periferiske delen av blokken i fast tilstand, samt til å understøtte storkningen av dammen av smeltet metall i blokkens sentrum.

Ved konvensjonell direkte kokillestoping strommer en vesentlig mengde kontinuerlig vannstrom ut fra den nedre enden av stopeformens kjolemantel og på blokkens overflate umiddelbart under stopeformen, og på en slik måte at vannet stoter med betydelig kraft på blokkens overflate under stor vinkel med denne, hvorefter vannet strommer nedover blokkens overflate. Folgelig vil den storste kjolingen fås umiddelbart under støpe-formens utlopsende, hvis nivå er over det nivå ved hvilket blokkens kjerne storkner fullstendig.

I dette området er den typiske koeffisienten for varmeoverforing fra blokken til kjolevæsken ca. 0,5 eal/cm<2>/sek./°C,

hvilken er storre enn gjennomsnittsverdien for koeffisienten for varmeoverforing fra blokken til stopeformen, (hvilken vanligvis er ca. 0,05 cal/cm^/sek./°C) og som også er hbyere enn koeffisient verdi en for varmeoverforingen fra blokk til kjolemiddel ved et hvilket som helst lavere nivå. En typisk tykkelse på det storknede blokk-skallet umiddelbart under stopeformen er at dette er mindre enn 1/4 av blokkens maksimale horisontale dimensjon.

Et problem som man stoter på spesielt (men ikke bare) ved stoping av sylindriske blokker er tendensen som blokkene har til å utvikle alvorlige langsgående sentrumssprekker, hvilke dannes . ved storkningen og kjolingen av blokken. Hvis man i praksis vil unngå varm-sprekking så kreves det at dybden av den smeltede metalldam under den nedre kanten til stopeformen ikké må holdes storre enn blokkens minimale tverrsnittsdimensjon, hvorved det er vanlig at denne avstand er mindre enn 2/3 av blokkens minimale tverrsnittsdimensjon.

Vedi gitte kjolebetirigelser, blokkdimensjoner og legerings-sami:i;.-psetning, så er dybden av dammen bestemt av stopehastigheten. På grunn av at konvensjonelle direkte kokillestopings-systemer ikke er <p>rosjektert for å tillate vesentlig kontroll av kjolebastigheten, så oppnås regulering av dam-dypet ved å begrense stopehastigheten. For' å unngå varm-sprekking, så begrenses stopehastigheten vanligvis til 2,5 - 17,5 cm/min., avhengig av legerings-sammensetning, blokkstorrelse og form.

Tidligere forsok på å eliminere varm-sprekking har -.antatt

at varm-sprekking og kald-sprekking kan unngås på samme måte, men anvendte midler for å unngå kaldsprekking har ikke vist seg fremgangsrike når det gjelder å unngå varmsprekking. Det har blitt foreslått å redusere kjoleintensiteten i hele eller en del av kokillekjole-sonen for å unngå varmsprekking, hvorved

teorien "har vært at varmsprekking forårsakes av resterende strekk-spenninger i den stopte blokken. Det har vært antatt at slike spenninger ville bli minimale hvis blokkoverflaten ble holdt ved en hoyere temperatur enn normalt,,for på den måten å redusere temperaturdifferansen mellom blokk-kjernen og overflaten i det området hvor kjernen storkner. Foreslåtte midler for dette formål har omfattet bruk av tåkespray eller pulserende vann, som tilfores blokkoverflaten i stedet for en vannstrom som stoter på overflaten. Alternativt har det blitt foreslått å fjerne kjolevann fra blokkoverflaten ved en avtorkings-operasjon. Det har blitt funnet at disse midler ikke tillater noen okning i stopehastigheten uten å avstedkomme sentrumsprekking. I enkelte tilfeller synes redusert kjoling eller avtorkings-teknikk å- oke varmsprekkingen.

Fra tysk patent nr. 867.735 er det kjent en indirekte avkj^lina av kokillens overflate og en etterfølgende avkjøling ved vann-påsprøytning i en sone som ligger et stykke under det området hvor kokillen forlater formen. Ved fremgangsmåten i henhold til det tyske patent er det nødvendig å basere avkjølingen på en tilstrekkelig varme-uttrekning gjennom veggene i støpeformen for å oppnå en fast overflate av kokillen inntil denne når nivå for vannpåsprøytning.

Det tyske patent angir således en enkelt sone hvor kjølemidler på-føres direkte på overflaten av kokillen når denne har kommet ut av formen. Ved fremgangsmåten i henhold til det tyske patent vil det kun oppnås meget lave støpehastigheter, trolig i området 2-3 cm/min., for høyere støpehastigheter vil det være en stor fare for at det smeltede metall vil bryte ut av det størknede metall-skinn.

Ved foreliggende fremgangsmåte er det mulig å støpe sprekkfrie kokillermed en hastighet på ca. 23 cm/min., hvilket representerer et betydelig fremskritt.

I folge foreliggende oppfinnelse har man fremskaffet en fremgangsmåte for fremstilling av aluminium-blokker ved direkte kokillestoping, rhvorved kjølemidlet påføres den ytre overflaten til en blokk når denne fremkommer fra en stopeform med åpen ende, ved at en første sone

hvilken strekker seg fra bunnen av stopeformen til et nivå

nær bunnen til metallsmelte-dammen i blokken, utsettes det for kjolemiddel som tilfores, blokken på en slik måte at varme fjernes relativt langsomt (men beholder et fast skall ved blokkens ytre overflate), slik at det storknede metall som omgir bunnenden til metallsmelte-dammen holder en relativt hoy temperatur, mens i en andre sone, som utstrekker seg ned-' over fra nevnte nivå, utsettes for et ytterligere kjolemiddel som tilfores blokken på en slik måte at varme fjernes med

en relativt hoy hastighet, slik at man får en hurtig kjoling og kontraksjon av det storknede metall i det periferiske området som omgir metallsmelte-dammens basis, og hvor det metall i blokkens kjerne overgår fra flytende til fast tilstand. Ved denne fremgangsmåte oppviser blokken den storste kjoleintensitet nær det nivå hvor kjernen fullstendig storkner, hvilket står i kontrast til den nærværende konvensjonelle praksis hvorved blokken oppviser den storste kjoleintensitet på den annen side av stopeformens utlopsende.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse* er særpreget ved det som er angitt i krav l's karakteriserende del. Fortrinnsvis er nivået for tilforsel av kjolemiddel til den andre sonen over det punktet hvor man får kjernestorkning, og denne avstand er ca. 1/6 av minimums-tverrsnittet. Imidlertid kan stedet hvor kjolemidlet treffer den andre sonen være under nivået for kjerne-storkningen hvis kjolemidlet trekker ut varme tilstrekkelig hurtig fra blokken, slik at den onskede kjolehastighet kan oppnås ved det sted for storkning av kjernen som ligger over det nivå hvor kjolemidlet tilfores.

Begynnende kjoling av blokken i stopeformen utfores på en slik måte at man bibeholder (innen stopeformen) en gjennomsnittlig koeffisient for varme-overforingen fra blokken til stopeformen som er tilstrekkelig til å gi et tynt fast blokkskall ved stopeformens utlops-ende, hvis skall har en adekvat tykkelse for å motstå friksjonstrykk mellom stopeformen og blokken. Den gjennomsnittlige koeffisient for varmeoverforingen fra blokken til kjolemidlet i forste sone er fortrinnsvis mellom 1 og 6 ganger den gjennomsnittlige varmeoverforings-koeffisient i stopeformen, og fortrinnsvis minst to ganger den gjennomsnittlige varmeoverforingskoeffisient i stopeformen.

Varmeoverforingskoeffisienten for blokk-kjolemidlet i den andre sonen er minst 1 1/2 ganger (fortrinnsvis minst 5 ganger)

den gjennomsnittlige varmeoverforingskoeffisienten i den forste sonen.

Mens fremgangsmåten ifolge nærværende oppfinnelse kan finne utstrakt anvendelse ved stoping av forskjelligemetaller,

så har fremgangsmåten spesielle fordeler ved stoping av aluminium-blokker, ved at den loser problemene med den spesielt alvorlige sentrums-sprekkingen, som hittil har begrenset stopehastigheten ved produksjon av slike blokker. Ved å stope aluminium-blokker er den typiske gjennomsnittlige koeffisienten for varmeoverforingen fra metallet til stopeformen ca. 0,05 kal./ cm^/sek./°c. Fortrinnsvis er den gjennomsnittlige koeffisienten for varmeoverforingen fra blokk-overflaten til kjolemiddelvæsken i den forste direkte kokillekjole-sonen mellom 0,1 og 0,2 kal./cm^/sek./°C, og fortrinnsvis er også koeffisienten for varmeoverforing fra blokkoverflaten til kjolemiddelvæsken i den andre sonen minst 0,5 kal./cm^/sek./°C.

Man har funnet at nærværende oppfinnelse tillater produksjon

av hele, sprekk-frie blokker selv ved stopeprosesser hvor man har dam-dyp som er storre enn minimums-tverrsnittet til blokken som stopes. Folgelig loser oppfinnelsen den begrensning med hensyn til dam-dypet som man tidligere har ansett å være viktig for å unngå sentrums-sprekker. Folgelig tillater oppfinnelsen anvendelse av støpehastigheter som langt overstiger

konvensjonelle hastigheter.

I motsetning til konvensjonelle stope-prosesser, er det funnet at fremgangsmåten ifolge nærværende oppfinnelse tillater storre fleksibilitet av fremgangsmåten med hensyn til stope-hastighet, og hvis det er onskelig å oke eller minske stopehastigheten så innstiller man den andre kjolesonen lenger fra eller nærmere stopeformen i overensstemmelse med den varierende dam-dybde.

Man antar at varm-sentrum-sprekking i blokker ved. direkte kokille-stopings-prosesser er en konsekvens av overskudd av strekk-spenninger som har utviklet seg i blokken i området hvor kjerne-stopningen er avsluttet. Strekkspenningen i metallet er ved et minimum innenfor noen få grader ved solidus-punktet, og folgelig er kjernen umiddelbart efter storkningen spesielt omfindtlig for strekkspenninger. Det antas at sprekk-fremkallende strekk-spenninger kan skapes i området hvor kj ernen storkner og ved bunnen av dammen ved store forskjeller mellom kjolehastighetene (og folgelig graden av kontraksjon) for metaller som befinner seg ved blokk-kjernen og metallet ved periferien for nevnte nivå. Kjernemetallet gjennomgår, ved storkningspunktet, hurtig kjoling og hurtig kontraksjon, og hvis kjole- og kontraksjonshastighetene for den perifere del av blokken og ved samme nivå er for lav i forhold til kjole- og kontraksjons-hastighetene i kjernen,

så vil dette resultere i sentrums-sprekker.

Ved konvensjonell direkte kokille-stope-praksis, hvor den storste kjolehastigheten fås umiddelbart under stopeformens utlopsende, blir temperaturen til den perifere del av blokken meget hurtig redusert når blokken fremkommer fra stopeformen, hvorefter blokken avkjoles ved en suksessivt minskende hastighet. Ved nivået for kjernestorkning vil folgelig kjolehastigheten for blokkens periferi være meget lav i forhold til kjolehastigheten i kjernen, og da spesielt når stopehastigheten oker på grunn av at en okning av stopehastighet forskyver nivået for kjernestdpningen suksessivt lenger bort fra området med storst kjbleintensitet. Folgelig indikerer nærværende teori (hvilket også er tilfelle) at med konvensjonell direkte kokillestope-prosesser så vil en bkning i stopehastighet resultere i sentrums-spfekking, redusert kjole- og avtorkings-teknikker ("wipe-off techniques") minsker ikke, men kan til og med forverre differansen mellom kjolehastigheten i blokkens kjerne og periferi ved nivået for kjernestorkning.

I nærværende fremgangsmåte derimot er kjolehastigheten i den perifere del av blokken nærmere kjolehastigheten i kjernen ved nivået for fullstendig storkning av kjernen og i forhold til konvensjonell praksis, og dette gjelder for enhver gitt stope-betingelse og stope-hastighet. På grunn av den relativt reduserte kjbleintensitet i den forste kokille-kjble-sonen ifblge nærværende oppfinnelse, så forblir temperaturen til den perifere del av blokken relativt hoy (sammenlignet med konvensjonell praksis) når blokken nærmer seg nivået for fullstendig kjernestorkning. Den hbye blokk-periferi-temperaturen tillater en hoy kjblehastighet i de perifere deler ved det kritiske nivå på grunn av at kjolehastigheten avhenger av temperatur-differansen mellom blokkens perifere del og det anvendte kjolemiddel, og denne hbye kjblehastighet oppnås ved anvendelse av intens kjoling i den andre sonen.

I det fblgende er det referert til vedlagte tegninger:

Fig. 1 viser en skjematisk tegning av prosessen ifblge oppfinnelsen;

fig. 2 viser et delsnitt av en utfbreisesform av apparaturen, og som. anvendes for å gi begrenset kjoling i den forste sonen ifblge nærværende prosess;

fig. 3 viser et lignende snitt av en alternativ utfbrelsesform av apparaturen for å gi den forste sonen direkte kokillekjbling;

fig. 4 viser grafisk fremstilling hvor temperaturen på forskjellige punkter i aluminium-blokken som er stbpt i overens-

stemmelse med nærværende oppfinnelse, er avsatt som en funksjon av tiden; og

fig. 5 er en grafisk fremstilling i likhet med fig. 4, og som viser temperaturen for tilsvarende punkter i en aluminiumblokk som er stopt ifblge konvensjonell fremgangsmåte.

Fig. 1 illustrerer en utfbxelsesform av apparaturen for kontinuerlig stoping av aluminium-blokker i henhold til nærværende oppfinnelse. Denne apparatur omfatter en ringformet stopeform 10, som tilfores smeltet aluminiummetall for stoping av en blokk 12. Stopeformen 10 har en vertikal indre vegg 14, hvilken avgrenser en stbpesone og som bestemmer tverrsnittsformen av den produserte blokk. I dette tilfelle er veggen 14 sylindrisk for produksjon av en sylindrisk blokk.

En kjblekappe 15 omgir stbpeformvegg 14, og kjblekappen tilfores kjblevann gjennom rorledning 15b og under kontroll med ventil-15c.

En ringformet baffel 17 er plassert i en kappe 15 for å dirigere vannstrbmmen i kappen 15 og for å få en effektiv kjoling av stopeform-veggen.

Ved begynnelsen av stbpeprosessen er den nedre enden av stopeformen 14 lukket ved et sete eller plattform 18, som bæres opp av et hydraulisk stempel 20, og som senkes når stbpingen av blokken fremskrider.

Stopeform-apparaturen er slik anordnet at man retter en spray av vann på overflaten til blokken umiddelbart under stbpe-sonen. En sirkelformet spalte 22 kan være anordnet på bunnen

t

av kappen 15, og slik plassert at vannet rettes på overflaten til den fremkomne blokk, og da hovedsakelig jevnt rundt blokkens periferi.

Smeltet aluminium-metall blir kontinuerlig tilfort til stopeformen gjennom en dyppe-ledning 24 slik at man får en dam av metallsmelte i stopesonen ved et i alt vesentlig konstant nivå når den storknede blokk suksessivt utdras av stopeformen ved senkning av setet.

Under den kontinuerlige stope-prosessen storkner det smeltede metall rundt periferien til stopeform-veggen 14 når denne kjoles ved varmeovergang til den eksternt kjolte stopeform-overflaten, slik at den fremkomne blokk fra den nedre enden av stopeformen har et fast selv-bærende skall 25 selv om den sentrale del av kjernen 26 av den fremkomne blokk fremdeles er smeltet og fremkommer i nedad-rettet retning som et smeltet metall-bad med suksessivt minsket tverrsnitt.

Med andre ord så vil den fremkomne blokk ved hjelp av virkningen fra kjolesprayen, som tilfores gjennom spalte 22, suksessivt storkne i retning av sentrum inntil blokkens kjerne er fullstendig storknet ved et nivå 2 7.

Anordningen som ovenfor er beskrevet er konvensjonell ved industriell direkte kokillestoping av aluminiumblokker.

Viktige fordeler med nærværende oppfinnelse består i at man

har fremskaffet spesielle direkte kokillekjole-betingelser under stopeformen, og mer spesielt ved at man har fremskaffet to direkte kokillekjolings-områder som suksessivt tilbake-legges av den synkende blokk.

Pen første av de direkte kokillekjøle-sonene fremkoimer tra støpeform-ens utløpsende i en forut bestemt avstand, og er betegnet med 28

i fig. 1. I denne sone blir vann dirigert til overflaten av blokken på en måte slik at man får en gjennomsnittlig varmeoverforingskoeffisient fra blokken, og som har en verdi som er tilstrekkelig til å holde blokkskallet 25 i fast tilstand, mens kjernen 26 forblir i smeltet tilstand gjennom den forste sonen.

I den andre direkte kokillekjole-sonen 30 blir en annen vanntilførsel dirigert på blokkoverflaten, og på en måte som gir en varmeoverforingskoeffisient fra blokkoverflaten til kjolevæsken og som i alt vesentlig er storre enn den gjennom-

snittlige varmeoverforingskoeffisient i den forste sonen.

I den anordning som er vist i fig. 1, så er den tilforte kjolemiddel-væske i den forste direkte kokillesone 28 en vannstrom som utkommer på blokkoverflaten fra kjblekappen 15 gjennom spalte eller spaltene 22. I en konvensjonell direkte kokillestope-

form for vertikal stoping er spalten 22 anordnet for å rette sprayen mot blokkoverflaten til en vinkel på 30 til 45° i forhold til vertikalplanet, slik at til tross for fordampning så vil en vesentlig del av vannvolumet i form av væske komme i direkte kontakt med blokkoverflaten umiddelbart under blokk-stopeformen. I overensstemmelse med den i fig. 1 viste anordning , så er spal-ten 22 anordnet for å

rette en spray av vann mot blokken til en vinkel på 5 - 15°, fortrinnsvis ca. 10°, i forhold til vertikalplanet, og vann-

volumet ble også vesentlig redusert sammenlignet med kon-

vensjonell praksis. F.eks. kan vannvolumet som utkommer gjennom spalten 22 være ca. halvparten av det som konvensjonelt utkommer ved stoping av en blokk med bestemt storrelse.

I sammenligning med konvensjonell praksis så vil den reduserte vinkel og det minskede volum av vannspray fra spalten 22

vesentlig minske hastigheten av varmeoverforing fra blokk-overf laten umiddelbart under blokkstøpeformen og da spesielt

på grunn av at den reduserte vinkel hvormed sprayen treffer overflaten, så vil damp dekke blokkoverflaten, og dette hindrer kontakt mellom overflaten og spraydråpene. Ved horisontal stoping

(hvorved blokken fremkommer langs en horisontal linje fra stopeformen) så vil en liten innfallsvinkel ha en tendens til å oke kj.ole-eff ekti vi teten. Folgelig vil ved å anvende nær-

værende oppfinnelse for horisontale stopeprosesser den forste kjblesonen bli kontrollert på andre måter, hvilket alternativt er beskrevet under henvisning til fig. 2 og 3.

For å fremskaffe en andre kjolesone så blir en vannring 32 plassert ved den nedre enden av tien forste kjolesone 28. Vann tilfores til vannringen 32 gjennom en innløpsledning 34, hvilken blir kontrollert ved hjelp, av en ventil 35.

En ringformet spalte 37 (eller ringformet rekke med åpninger), som omgir hele blokken, er anordnet i innerveggen til vannringen for å rette en vannstrom fra ringen på blokkoverflaten. Spalten 37 er anordnet for å rette vann på blokkoverflaten med

en vesentlig storre innfallsvinkel enn den for sprayen, og som ble dirigert av spalten 22. F.eks. kan spalten 3 7 anordnes for å rette vann på blokkoverflaten med en vinkel på 30 til 45°. Dessuten er vannvolumet, som dirigeres gjennom spalten 37, vesentlig storre enn det som utkommer gjennom spalten 2 2, og er tilnærmelsesvis lik det vannvolum som vanligvis rettes på blokkoverflaten ved den nedre enden av stopeformen som anvendes ved en konvensjonell direkte kokillestopings-prosess. På

grunn av det faktum at vann utkommer fra ringen 32 på blokkoverflaten med storre volum og med en storre vinkel enn det vann som utkommer gjennom spalten 22,så er det en vesentlig storre hastighet på varmeoverforingen fra blokkoverflaten til det anvendte kjolemiddel enn i den forste sone 28.

Kjolebetingelsene som fås i områdene som suksessivt efterlates av den synkende blokk utgjor spesielt viktige trekk ved oppfinnelsen. Begynnende kjoling av det smeltede metallet inn-treffer i stopeformen og er tilstrekkelig til å fremkalle et tynt fast blokkskall, hvilket har en tykkelse som er tilstrekkelig til å motstå friksjonstrykkene mellom stopeformen og blokken. Ved fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen kan kjolebetingelsene i stopeformen, f.eks. gi en gjennomsnittlig varme-overf oringskoef f isient fra aluminium til stopeformen på ca. 0,05 cal./cm<2>/sekund/°C.

Den gjennomsnittlige varmeoverforingskoeffisient fra blokken til kjolemiddelvæsken i sonen 28 holdes (ved passende kontroll av volum og/eller ved tilforsel av kjolemiddelvæske) på ca.

en til seks ganger verdien for den gjennomsnittlige varmeovergangskoeffisienten i stopeformen, og denne er fortrinnsvis lik minst to ganger verdien for den gjennomsnittlige varmeovergangskoeffisienten i stopeformen, og ved stoping av aluminiumblokker er den fortrinnsvis 0,1 - 0,2 <q>al./cm<2>/sek./°C.

Som angitt er den herved erholdte kjoleintensiteten i den forste sonen slik at man holder blokkskallet"25 i fast tiistand, mens skallet får forbli ved relativt hoy temperatur.

I den andre direkte kokillekjolesonen 30 blir varmeovergangskoeffisienten fra blokkoverflaten til kjolemiddelvæsken holdt lik minst ca. 1 og en halv ganger verdien for den gjennomsnittlige varmeovergangskoeffisienten i den forste sonen 28,

og fortrinnsvis lik minst fem ganger verdien for den gjennomsnittlige varmeovergangskoef f i si enten i den forste sonen. Fortrinnsvis er koeffisienten for varmeovergangen fra blokk-over f laten til kjolemiddelvæsken i den andre sonen 30 minst 0,5 cal./cm /sek./°C, dvs. ca. lik eller storre enn over-gangskoeffisienten for blokk-kjolemiddel, og som fås umiddelbart under stopeformen i konvensjone&le prosesser for direkte kokillestoping av aluminiumblokker.

Ved fremgangsmåten ifblge oppfinnelsen er den andre direkte kokillekjblingssonen 30 plassert i tilgrensning til nivået 27, hvor kjernen til den fremkomne blokk er fullstendig stbrknet. Vannet fra spalten 37 stbber fortrinnsvis på overflaten til

den synkende blokk ved et nivå som er over nivået for bunnen til badet 27, hvorved avstanden er lik ca. 1/6 av minimums-tverrsnittet (i dette tilfelle diameteren) til blokken.

Nivået i den andre sonen hvor kjolemidlet treffer på blokk-overflaten bor ha en avstand fra bunnen av det smeltede metall-badet som er lik og ikke mer enn ca. 1/4 av minimums-tverrsnittet til blokken, og fortrinnsvis bor det nevnte nivå ligge over bad-bunnen. Blokken blir gjenstand for >en brå bkning i kjbleintensitet når den passerer fra den forste kjolesone 28 til den andre kjolesone 30, ved hvilket nivå kjernen størkner fullstendig.

For en blokk med en bestemt dimensjon og sammensetning, så er dybden av ameltebadet. 26 under stopeformen avhengig av kjble-betingelsene og hastigheten til blokken. På grunn av den reduserte kjbleintensitet i den forste sone 28, så er smelte-badets dybde storre for en bestemt stbpehastighet ved fremgangsmåten ifblge nærværende oppfinnelse enn ved konvensjonelle direkte kokillestdpe-prosesser. Stopehastigheten kan altså bli storre med nærværende fremgangsmåte enn det som hittil har vært mulig til tross for ytterligeré okning av bad-dybden.

I anordningen, som vises i fig. 1 ,er vannringen 32 plassert til-grensende til nivået hvor kjernen fullstendig storkner. Som man vil forstå av tidligere nevnte diskusjon, så er denne po-sisjon for vannringen bestemt inter alia ved stopehastigheten. Med okning i stopehastigheten er vannringen plassert ytterligere lenger ned under stopeformen, slik at man får det onskede forhold mellom den andre kjolesonen og den nedre enden til badet

(nivå 27) .

Nærværende oppfinnelse muliggjor produksjon av sprekkfrie blokk hvorved man anvender hoyere stopehastigheter enn de som er oppnåelige med tidligere fremgangsmåter. Denne fordel får man på grunn av at nærværende fremgangsmåte avstedkommer en hoy kjblehastighet ved blokkoverflaten og ved nivået hvor kjernen storkner. Den hoye kjolehastigheten ved overflaten ved dette nivå er et resultat av den bkte tilforsel av kjolemiddel i den andre kjolesonen sammen med en relativt hoy overflate-temperatur for blokken, og som er et resultat av lav kjbleintensitet i den forste sonen. Ved å avstedkomme en hoy kjblehastighet på overflaten ved nivået for kjerne-stbrkningen, så reduseres differansen av kontraksjonshastighetene mellom kjernen og blokkperiferien ved dette nivå, og

folgelig reduseres trekkspenningene mellom kjernen og periferien, som forårsaker sentrums-sprekking ved direkte kokillestbpinj av aluminiumblokker. Spesielt er stopehastigheten ved nærværende fremgangsmåte ikke begrenset av de konvensjonelle krav som stilles for å unngå sentrum-sprekking, og som sier at bad-dypet under stbpeformens utlbpsende ikke skal være storre enn minimumstverrsnittet til blokken.

D a den ovenfor beskrevne fremgangsmåten er en enkel måte å avstedkomme relativt lav kjblingsintensitet i den forste direkte kokillekjblesonen, så kan det samme resultat oppnås ved å anvende vann i form av tåkespray, som består av vanndråper som fores med luften, til blokkoverflaten umiddelbart under stopeformen, og der i den forste sonekjblingen. Alternativt kan en pulserende (dvs. intermittent) vannstrom rettes på blokkoverflaten ved bunnen av "stopeformen.

Fig. 2 viser en alternativ utforelsesform av stopeform-konstruk-sjonen, og som er anordnet for å gi en forste sone med lav intensitet ved direkte kokillekjoling ved prosessen ifblge nærværende oppfinnelse. Denne apparatur omfatter en stbpe-form 40, som har en vannkappe 42 for kjoling av stopeform-veggen.

En sirkelformet baffel 44 i kappen 42 retter vannet gjennom

et innsnevret ringformet rom 45 for å bevirke den bnskede kjoling av stopeformen. Ved den nederste enden av rommet 45 åpner dette seg til et ring^formet kammer 46, hvori det er montert en ring 48, under hvilket det befinner seg et andre rundt kammer 50. Hoveddelen av vannet, som innkommer til kammeret 46, går ut gjennom flere utlbps-kanaler 52. En mindre del av vannet i kammeret 46 vil imidlertid innkomme til det andre kammeret 50 gjennom flere huller 54 i ringen 48. Hullene 54 er meget mindre i diameter enn utlbps-kanalene<1>52. Vannet fra kammeret 50 går ut i form av fine dråper, som stbter sammen med blokken som fremkommer fra stopeformen gjennom en rund spalte 56 (eller en rund rekke åpninger eller slisser.). Et luft-grenrbr 58 er montert direkte nedenfor kammeret 50,

og kommuniserer med dette gjennom flere hull 60, som alle har samme diameter, og som er plassert på samme måte som hullene 54. Luft under trykk kommer inn i grenrbret gjennom kanalene 61 og strommer oppover inn i kammeret 50 gjennom hullene 60. Denne luft blandes med vann i kammeret 50, og luft-vann-blandingen blir drevet ut gjennom spalten 56 som en tåke bestående av fine dråper av vann, og som medfblger luftstrømmen. En del av disse dråper fordampes ved oppvarming av blokken, hvorved man får et sjikt av damp rundt blokken,

og som resulterer i at blokken blir kjblt med en lavere hastighet enn når den er gjenstand for en stadig strbm av flytende vann som stbter på blokkoverflaten. Kjbleintensiteten kan lett kontrolleres ved å regulere tilfbrselen av luft til grenrbret 58.

I ett utfbrelseseksempel av apparaturen, som er vist i fig. 2, har stopeformen et dyp på 12,6 cm for stoping av en aluminiumblokk med 15,2 cm diameter, og hvorved den radielle dimensjonen til åpningen45 ;var3 mm. Seks vannutlopskanaler 52 og luft-innlopskanaler 61 ble jevnt plassert rundt stopeformen. Hullene 54 og 60, hvorved hvert hull har en diameter på 1,5 mm, ble plassert rundt stopeformens periferi med 6 mm avstand.

Den ringformede sliss 56 har en åpning på 0,75 - 1,5 mm.

En fordel med systemet, som er vist i fig. 2, er lettheten hvormed kjolebetingelsene kan varieres over et vidt område med forskjellig kjolestyrke, selv om også stopeprosessen på-går, ved å regulere lufttilførselen til grenroret, og hvorved man forandrer forholdet luft-til-vann.

\En ytteligere alternativ anordning for å avstedkomme den forste kjolesonen i nærværende fremgangsmåte kan illustreres i fig. 3. Denne anordning er avpasset for å gi et. pulsert vannutldp fra den nedre enden av stopeformen og overflaten til den fremkomne blokk. Apparaturen ifblge fig. 3 omfatter en sirkelformet stopeforms-vegg 64, og en kjblekappe 66.

Vann rettes ved hjelp av en baffel 68 gjennom et rundt rom 70, hvilket omgir den ytre overflaten til stopeforms-veggen. Rommet 70 har et innsnevret utlbp 74 Ved sin nedre ende.

Vann som strommer ut fra utlbpet 74 følger normalt den utvendige kurve-vegg^overflaten slik at vannet uttbmmes i en retning bort fra blokkoverflaten 12.

En krave 78 er formet akkurat under utlbpet 74 og en ytterligere kort vertikal del 80 utstrekker seg nedover fra kravel 78. Under overflatedelen 80 skråner stopeformens ytre overflate nedover og innover mot blokken, hvilket er vist ved 81, til den nedre enden av stopeformen.

Midler er fremskaffet for å avlede vannstrbmmen fra en over-flatedel 75 til overflaten 31,hvorved vannet rettes mot blokkoverflaten. For dette formål anvendes et rundt kammer 83 med horisontale hull 84, hvilke har åpninger ved et nivå som ligger litt under kraven 78. Disse hull 84 er små, f.eks.

1,5 mm i diameter.

Vann eller luft tilfores kammeret 83 gjennomen rorledning 86 med én kontrollventil 87, hvilken kan manovreres elektrisk og være selv-regulerende ved hjelp av en tidsinstilt anordning 88, og som gir intermittent tilforsel av væske til kammeret 83

Når ventilen 87 er åpen, så strommer væsken gjennom hullene 84

og reagerer med hovedstrommen av vann som strommer ut gjennom utlbpet 74,på en slik måte at hovedstrommen av vann bbyes mot overflaten 81. Ved å lukke ventilen 87 avtar den nbdvendige væskestrbm gjenom hullene 84, og vannet strommer ned over overflaten 75. Utsparingen, som dannes av kraven 78, utluftes til atmosfæren gjennom små kanaler 90 for at man skal være sikker på at den vesentlige mengde av vannstrbmmen ikke forblir festet til overflaten 81 (på grunn av den såkalt Coanda-effekten) efter at den avbbyende kraften til den sekundære væskestrbmmen er borttatt. Den tidsinstilte anordningen 88 regulerer varigheten og frekvensen for tilforsel av vann til blokkoverflaten.

Som et ytterligere eksempel på oppfinnelsen så kan stopeformen være plassert umiddelbart over en fordypning som er fylt med vann, og gjennom hvilken den fremkomne blokk synker, hvorved fordypningen og stopeformen er slik anordnet at blokken stbter på vannet når den fremkommer fra stopeformen. Oppvarmingen av blokken fordamper vann, som danner en kappe eller barriére av damp rundt den synkende blokken. Innenfor fordypningen, og plassert under utlbpsenden til stopeformen,

er det anordnet en vannring (lik ring 32 fra fig. 1), hvilken retter jet-strålen av vann mot blokkoverflaten. Disse jet-stråler slår gjennom.dampbarriéren og forårsaker direkte kontakt mellom blokkoverflaten og vannet i væskeform. I en slik anordning er den forste kjolesone en del av blokkens vei mellom utlbpsenden til stopeformen og vannringen; i denne sone forårsaker dampbarriéren en relativt lav kjbleeffekt. Den andre kjolesonen fås ved vannringen, som bevirker kjoling ved hbyere intensitet ved at den skaper kontakt mellom blokk-overf laten og vannet. Anordningen av apparaturen er

hovedsakelig som vist i fig. 1, bortsett fra at vannet, som strommer ut gjennom spalten 22,er sloyfet, og at rommet som omgir den synkende blokk og sete 18 er omgitt av vann i stedet for luft.

Ved utforeisen av den beskrevne oppfinnelsen med henvisning til fig. 1 - 3 er den forste kjolesone anvendt på et enkelt sted. For stopeprosesser med meget hoy hastighet er det onskelig å anvende kjolemidlet på en blokk i den forste direkte kjolesonen ved hjelp av forskjellige vertikale stillinger for å bibeholde et storknet blokk-skall.

Virkningen til nærværende fremgangsmåte med hensyn til å redusere de ulike kjblehastighetene mellom kjernen og periferien til blokken ved stedet der kjernestorkning finner sted, er illustrert i fig. 4 og 5, hvilke viser temperaturen på forskjellige punkter plassert radielt utover fra kjernen til en blokk, og som funksjon av den tiden det tar for å fremkomme fra en stopeform. Som figurene viser refererer tallet seg til blokk som er stbpt ifblge nærværende fremgangsmåte hhv. ved hjelp av konvensjonell direkte kokillestbpings-prosess.

Begge blokkene var 15 cm i diameter, de var sylindriske og stbpt av aluminiumlegering som her blir betegnet AA6063 av Aluminium Association, og hvorved stopehastigheten var 23 cm pr. minutt. Blokktemperaturene ble målt ved termokoblinger som var innplantet i blokken i horisontalplanet og med forskjellige avstander fra kjernen.

Fig. 4 og 5 viser kurvene A, B, C, D og E som viser tempera-turene målt av respektive termoelementer, hvilke er plassert i avstander på hhv. 19 mm, 25 mm, 38 mm, 50 mm og 75 mm fra blokkens ytre overflate. Kjblehastighetene på disse stedene blir sammenlignet i fig. 4 og 5, i et intervall i hvilket temperaturen til kjernen av blokken (kurve E) ble redusert fra 650 til 600°C, dvs. temperatur-områder som ligger rett under temperaturen hvorved kjernen storkner.

Blokken fra fig. 4 ble stbpt i henhold til nærværende oppfinnelse ved å anvende anordningen ifblge fig. 1, med vannringen

32 plassert 75 mm under utlbpsenden til stopeformen, og

med vann som strommer ut fra stopeformens sliss 22 med en hastighet på ca. 30 liter pr. minutt og fra vannringen med en hastighet på 160 liter pr. minutt. Som vist i fig. 4 var, når blokkens kjerne (kurve E) begynte å kjole gjennom temperaturområdet 650 - 600°C, temperaturen til blokkens periferi, hvilken ble målt ved hjelp av det ytterste termoelement (kurve A) ca. 300°C, og temperaturen som ble målt med den siste termokoblingen minsket med 25° på grunn av at kjernen ble kjblt 50° nemlig fra 650 til 600°C. Folgelig er forholdet mellom den perifere kjolehastigheten og kjolehastigheten til kjernen under den sistnevnte periode ca. 0,5.

Blokken, som representeres av fig. 5, ble stbpt efter konvensjonell fremgangsmåte ved å anvende maksimal kjbleintensitet umiddelbart under stopeformen og hovedsakelig over stedet for kjernestorkning. I dette tilfelle ble, når kjernen begynte å kjole gjennom 650 - 600°C temperaturområdet (kurve E), blokkens periferi-temperatur under 250°C (kurve A i fig. 5), og mens blokk-kjernen ble avkjblt fra 650 til 600°C ble blokkens periferi avkjblt bare med 10°C. Folgelig var i dette tilfelle forholdet mellom kjolehastigheten for blokkens periferi og blokkens kjerne 0,2.

Nærværende fremgangsmåte reduserer i betydelig grad ulikheten med hensyn til kjblehastighetene mellom kjernen og periferien til en blokk, og det ved et nivå hvor blokk-kjernen akkurat var stbrknet fullstendig, og hvorved blokken ble kjblt gjennom temperaturområdet 650 - 600°C. Den konvensjonelt stbpte blokk fra fig. 5 oppviste alvorlige sentrums-sprekker, mens blokken fra fig. 4, som var stbpt ifblge nærværende fremgangsmåte, var hel og sprekkfri.

EKSEMPEL 1

En blokk ble stbpt med en hastighet på 23 cm pr. minutt med en vannstrom gjennom stopeformens kjblekappe ved en hastighet på 90 liter pr. minutt og en vannhastighet på 68 liter pr. minutt gjennom vannringen under stopeformen, og som var plassert 7,5 cm under den nedre del av stopeformen. Den forste sonekjoling fikk man ved å rettei pulserende vannstrøm (et sekund på og to sekunder av) på blokkoverflaten umiddelbart under stopeformen. Blokken ble funnet å være fri for sentrums-sprekker, skjont den hadde separate overflate-sprekker.

En annen blokk ble stbpt ved hjelp av samme fremgangsmåte, bortsett fra at den forste sonekjoling ble foretatt ved å rette vann-luft-blanding (ca. 23 liter pr. minutt vann i blanding med luft) på blokkoverflaten umiddelbart under stopeformen, og vannringen var plassert 8,8 cm under den nedre del av stopeformen. Den resulterende blokken var sprekkfri over det hele.

EKSEMPEL 2

En blokk ble stopt med en hastighet på 23 cm pr. minutt i en stopeform av den type som er vist i fig. 1, hvorved forste sonekjoling ble foretatt ved å la vann renne ut fra stopeformen med en hastighet på 30 liter pr. minutt gjennom en spalte, som var anordnet for å rette vannet på blokkoverflaten med en vinkel på 10° i forhold til vertikalplanet. Vannringen som fremskaffet den andre sonekjolingen var plassert IO cm under stopeformen. Blokken var over det hele sprekkfri.

En annen blokk, som var fri for sprekker, ble stopt med samme hastighet i den samme apparatur, og med vannringen plassert 7,5 cm under stopeformen og med en vannstroms-hastighét på 36 liter pr. minutt gjennom, spalten, som avstedkom den forste sonekjolingen, og med en hastighet på 160 liter pr. minutt gjennom vannringen.

EKSEMPEL 3

Ved å anvende apparaturen fra eksempel 2, men med vannringen plassert 17,5 cm under stopeformen, så ble en blokk stopt med en hastighet på 30 cm pr. minutt. Vannet til den forste sonekjolingen kom ut gjennom 10°-spalten med en hastighet på 45 liter pr. minutt, og vannet fra vannringen utkom med en hastighet på 160 liter pr. minutt. Blokken var over det hele fri for sprekker.

I motsetning til foregående eksempler så oppviste blokker av samme legering, dimensjoner og form, samt stopt ved en

. konvensjonell fremgangsmåte og ved anvendelse av en enkel direkte kokillekjolesone,under stopeformen, alvorlige sentrums-sprekker med stopehastigheter på 22,5 cm og 3o cm pr. minutt, skjont sprekk-frie blokker ble fremstilt efter denne konvensjonelle fremgangsmåte ved stopehastigheter på 15 cm pr. minutt. Lignende blokker, som ble stopt under pulserende vann-kjoling og med avtorking av det direkte kokille-kjolemidlet 5 cm under stopeformen, men uten bruk av en andre direkte

kokillekjolesone med hoy intensitet, så fikk man også alvorlige sentrums-sprekker med stopehastighet på 22,5 cm pr. minutt.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte ved kontinuerlig kokillestøpning av altuninj uinhlokker / hvor blokken som føres ut av støpeformen av-kjøles relativt langsomt i en første sone og deretter underkastes en relativt rask avkjøling i en etterfølgende sone, karakterisert ved at den etterfølgende kjølesone anordnes i en avstand fra bunnen av det smeltede metall, som ikke overstiger 1/4 av blokkens minste tversnittdimensjon.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kjølemiddel i den etterfølgende sone tilføres ved et nivå som ligger over bunnen til den smeltede metalldammen, for-tinnsvis med en avstand på. 1/6 av blokkens minimums-tverrsnitt.

3 Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at kjølemidlet tilføres blokkens overflate ved mere enn et nivå i den første kjølesonen.