NO153490B - Fremgangsmaate og apparat for aa bevirke hurtig stoerkning ved avkjoeling av smeltede produkter basert paa metalloksyder, ved kontinuerlig stoeping. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en apparatur

for å bevirke hurtig størkning ved avkjøling av smeltede produkter basert på metalloksyder, ved kontinuerlig støping.

I mange industrielle prosesser er det gjort forsøk på å oppnå

hurtig størkning og avkjøling av smeltede produkter basert på metalloksyder, enten av sikkerhetsgrunner eller for hensiktsmessig-hetens skyld: når f. eks. dross eller slagg fra elektrometallurgisk arbeid hurtig må tas til fylling uten risiko for transport av dem i flytende eller partielt størknet tilstand, eller av metallstruktur-grunner når hurtig avkjøling er nødvendig for å gi produktet visse fysikalske egenskaper. Når f. eks. slipemidler basert på korund eller korund og zirkon er kjent å ha mekaniske egenskaper som for-bedres kommensurabelt med hurtigheten med hvilken produktet kan fremstilles ved smelting i en elektrisk ovn avkjøles. Dette faktum er påpekt delvis i FR-PS 1.332.975 som anbefaler støping i en grafittform, i FR-PS 2.127-231 som beskriver støping av det smeltede produkt på stålkuler, i FR-PS 2.133.595 som beskriver støping på jernsfærer og i FR-PS 2.166.082 som beskriver støping mellom faste plater med en avstand på 1,6 - 12,7 mm seg imellom).

Av åpenbare grunner er det ønskelig at den hurtige avkjøling skjer kontinuerlig. Når det gjelder dross og slagg, er i virkeligheten avkjølingen i barreformer som er den vanlige praksis, meget langsom og nødvendiggjør et stort antall former som tar opp rom på arbeids-stedet. Når det gjelder slipemidler med fin krystallstruktur, har støpingen mellom nær hverandre anbragte metallplater eller på stålkuler gitt meget lav produktivitet.

Et visst antall prosesser for hurtig avkjøling ved kontinuerlig støping er tidligere beskrevet.

Fr-PS 1.319.102 beskriver støping av elektrosmeltet aluminiumoksyd

i et tynt sjikt på en hul sylinder som avkjøles ved dynking av vann på den indre overflate.

US-PS 3.993.119 tilsvarende FR-PS 2.290.266 beskriver et arrangement for støping mellom stasjonære metallplater gjennom deres basis på en endeløs transportør. Transportøren passerer over valser som forårsaker at platene beveger seg fra hverandre og blokkene av avkjølt slipemiddel separeres og faller ned i en mot-takeranordning.

FR-PS 2.422.462 beskriver et annet arrangement for kontinuerlig støping mellom avkjølte metallbelter som holdes i kontakt med det størknende slipemiddel via en serie førevalser.

Disse forskjellige apparatenheter er mekanisk sett komplekse og dårlig tilpasset rimelig kontinuerlig masseproduksjon av elektrosmeltede slipemidler med fin krystallstruktur.

Foreliggende oppfinnelse er basert på bruken av to avkjølte horisontale sylindre med parallelle akser som midler for avkjøling av elektrosmeltede produkter.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å bevirke hurtig størkning ved avkjøling, ved kontinuerlig støping av smeltede produkter basert på metalloksyder, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at det smeltede produkt innføres i et konvergerende rom som dannes ved hjelp av to metallsylindre hvis akser er parallelle og i det vesentlige horisontale, som dreier seg i motsatt retning, som beveges med i det vesentlige lik periferhastighet og hvis akser befinner seg i en avstand lik summen av hver sylinders radius pluss minst 1 mm, at sylinderveggene avkjøles, at rotasjonshastigheten for sylindrene og kjøleeffekt-en reguleres på en slik måte at en flytende film fremdeles eksisterer på et nivå på høyde med planet som er felles på rotasjonsaksene, mellom to størknede utvendige sjikt, at filmen forlenges ut over nevnte plan i en lengde minst lik 1 cm, og at det størknede produkt gjenvinnes i det divergerende rom som dannes mellom sylindrene.

Oppfinnelsen angår også et apparat for gjennomføring av fremgangs-måten som nevnt ovenfor for bevirkning av hurtig størkning ved avkjøling av smeltede produkter, omfattende: en innretning for å tilveiebringe en kontrollerbar tilmatning av smeltet produkt,

to sylindre anordnet for rotasjon med parallelle og i det vesentlige horisontale rotasjonsakser og dette apparat karakteriseres ved at aksene er anordnet for å gi en åpning over hvilken det i det konvergerende rom dannes en dam av smeltet produkt, avgrenset av laterale vegger, hulrom i sylindrene for avkjøling ved sirkulasjon av kjølevæske,

midler for å sette sylindrene i synkron rotasjon ved i det vesentlige lik periferihastighet,

midler for å regulere rotasjonshastigheten for.sylindrene, midler for gjenvinning av størknet produkt i det divergerende rom, og to stasjonære tette deler for å holde fast dammen ved hver ende av sylindrene.

I de ledsagende tegninger er:

Fig. 1 et vertikalriss gjennom et arrangement for gjennomføring av oppfinnelsen, Fig. 2 det samme arrangement, men med forskjellig tilmatning av smeltet produkt; Fig. 3 en detalj ved størkningsprosessen; Fig. 4, 5 og 6 midler for å oppnå fast avstand ved sylinderendene; Fig. 7a, 7b, 7c og 7d fire mulige arrangementer av sylindrene.

Smeltet produkt som skal størknes kan komme direkte fra smelte-ovnen 1 eller fra en lagringsanordning slik som en støpeskje, og der kun den nedre del er vist.

I den nedre del av ovnen 1 er det en støpeåpning 2 som kan lukkes på en hvilken som helst kjent måte og som fortrinnsvis består av

grafitt eller eventuelt ildfast materiale.

Det smeltede produkt 3 strømmer gjennom munningen 2 ved betjening av lukkepluggen 4.

Arrangementet for hurtig og kontinuerlig avkjøling omfatter to sylindre 5 og 6 hvis respektive akser 7 og 8 er parallelle og i det vesentlige horisontale. Planet 9 som går gjennom aksene 7 og 8 er horisontalt i det viste tilfelle, men dette er ikke en nød-vendighet slik det fremgår av fig. 7. Sylindrene er anordnet med et rom på minst 1 mm mellom seg på det nærmeste, d.v.s. i planet 9 for aksene. Denne avstand kan økes i henhold til den type produkt som støpes, f. eks. opp til 10-20 mm, selv om oppfinnelsen ikke er begrenset til denne spesielle verdi.

De to sylindre bringes i synkron rotasjon i motsatt retning, d.v.s. i pilenes retninger, ved en drivanordning og en kjede av en hvilken som helst kjent type som muliggjør at rotasjonshastigheten kan varieres. En av sylindrene kan være anordnet på elastiske lagre.

De to sylindre definerer således mellom seg et konvergerende rom 10'inn i hvilket produktet som skal avkjøles tilføres, og et divergerende rom 11 der størknet produkt trer ut.

De to sylindre 5 og 6 består av et metall som er en god varmeleder og de må ha en god mekanisk styrke. Det er mulig å benytte stål, rent kopper, eller fortrinnsvis en kopperlegering for å øke hård-heten ved kjente tilsetninger slik som jern, kadmium, krom eller igjen kopper-stål eller kopper dekket med et stålbånd. Sylindrene kan være faste i hvilket tilfelle avkjølingen kan skje kun ved sprøyting eller dynking av sylindrene utvendig med vann og å unn-gå enhver kontakt mellom vann og smeltet produkt; eller de kan fortrinnsvis være hule og ha innvendige kjøleanordninger og eventuelt i tillegg ytre slike.

Den indre del av hver sylinder omfatter et kammer 12, 13 med

vann eller en kjølevæske sirkulerende gjennom. Væsken tilføres og slippes ut gjennom et antall hull 14 for å gi effektiv og enhetlig avkjøling av veggene 15.

De to ender av det konvergerende rom 10 til hvilket produktet

som skal bli fast blir tilmåtet, må være lukket. Dette kan skje ved å anordne en sone 16 med større diameter ved begge ender av sylindrene idet sonen 16 kommer i kontakt med den andre sylinder. Imidlertid definerer dette arrangementet rommet mellom sylindrene, noe som ikke helt er akseptabelt. En annen metode vist i fig. 5 omfatter å utstyre de motsatte ender av hver sylinder med en skive 17 som er stor nok til å gi den ønskede fasthet kun ved friksjon. Fig. 6 viser andre innretninger som omfatter to stasjonære lukke-deler 18, fortrinnsvis bestående av grafitt eller et kompakt eller fibrøst ildfast materiale.

Fig. 7 viser mulige arrangementer av sylindrene:

med akseplanet horisontalt, a, med akseplanet lett skrådd, b, skrådd ca. 45°, c, og i det vesentlige vertikalt, d. I tilfellene a og b kan smeltet metall ganske enkelt støpes i det konvergerte rom mellom sylindrene. I tilfellene c og d er det nødvendig å mate det inn gjennom en dyse 22 som ligger an mot veggene av sylinderen.

I de forskjellige tilfeller har sylindrene teoretisk den samme diameter. Fordi de roterer synkront vil de ha samme perifere hastighet. Hvis denne hastighet var forskjellig for hver sylinder, ville det være en friksjon mellom den langsommere sylinder og det faste produkt, med stor slitasje. Det er også mulig at sylindrene har ulike diametre og at rotasjonshastigheten kontrolleres indivi-duelt for å oppnå samme perifere hastighet, selv om dette arrangement ikke synes å bringe noen spesielle fordeler.

Diameteren for sylindrene og deres lengde kan velges innen relativt brede grenser og oppfinnelsen er ikke begrenset til dette. Diametrene kan ligge fra 1 til noen få titalls centimeter og opptil 1 meter eller mer og lengden kan være opptil og sogar over 1 meter. De øvre grenser vil ofte fastsettes av mulighetene som står til disposisjon for konstruering og bearbeiding (behandling av overflaten). Generelt sagt vil imidlertid sylindre med stor diameter være mer egnet for nøyaktig.kontroll av høyden av smeltet produkt 20 i det konvergerende rom 10.

Ifølge fig. 1 blir det flytende produkt matet inn ved ganske enkelt å la det strømme. Strømningshastigheten reguleres for å holde det flytende produkt 20 ved i det vesentlige konstant høyde i det konvergerende rom 10. De to laterale stengsler 21 begrens-er faren for å ha for stor kontaktoverflate mellom veggene av sylindrene og det flytende produkt i tilfelle nivået skulle stige for mye. Dette ville resultere i en for tidlige størkning av produktet, noe som kunne forårsake blokkering av apparaturen.

I de tilfeller der produktet må bringes til størkning i fravær

av luft slik som med elektrosmeltede slipemidler basert på korund eller korund-zirkon, kan sirkulering av inert eller reduserende gass tilveiebringes i det konvergerende rom 10. Dette er symboli-sert ved de to piler.

En annen metode for støping av det smeltede produkt for å for-hindre at det kommer i kontakt med atmosfæren omfatter å benytte en dyse 22 som ligger an mot veggene av sylinderen med lett, men tett friksjon. Disse lages fortrinnsvis av grafitt. Den øvre del 23 kan bestå av et fleksibelt eller elastisk materiale.

Apparatet arbeider som følger: Den felles hastighet for sylindrene og strømningshastigheten for kjølevannet reguleres slik at det fremdeles foreligger en flytende film 24 på nivået for det felles plan gjennom rotasjonsaksene. Denne film må ha en tykkelse tilstrekkelig til å tillate at de allerede størknede vegger kan deformeres og ikke for stor til å forhindre'at væsken "lekker" ned. Filmen strekker seg en vertikal avstand h under planet for aksene og denne avstand må ikke være mindre enn ca. 1 cm. Når apparatet starter, og spesielt hvis det er et stort gap mellom valsene, kan det være fordelaktig å lukke rommet mellom valsene med midler slik som asbestforinger som kommer ut med en gang valsenes om-dreining startes.

Ved kontakt med de kalde overflater av sylindrene størkner materialet delvis og føres nedover på grunn av rotasjonen. Et meget viktig trekk ved oppfinnelsen er at rotasjonshastigheten for sylindrene reguleres som en funksjon av kjølekraften i apparatet slik at en del av produktet fremdeles er i flytende tilstand i sonen med minimal avstand mellom sylindrene (sonen definert av de to generatriser for sylindrene som befinner seg i horisontal-planet for rotasjonsaksene). Det flytende produkt danner således en film i den sentrale sone. Denne film tillater at de to faste sjikt kommer i kontakt med hverandre og passerer mellom sylindrene. Dette vil ikke skje hvis størkningen var ferdig når materialet

når sonen med minimal avstand mellom sylindrene fordi det.faste materialet som oppnås generelt sett nesten eller slett ikke er ettergivende.

Det størknede produkt gjenvinnes i det divergente rom 11 mellom

de to sylindre. I henhold til dets art vil det spontant brekkes opp i blokker av forskjellige dimensjoner eller forbli i form av større enheter. Det faste produkt 25 kan gjenvinnes på en hvilken som helst konvensjonell måte, slik som i en mottakerbinge eller et transportbelte, eller falle direkte ned i en knuser eller en maleinnretning.

I tillegg kan to skraper som holdes mot sylindrene ved elastiske innretninger 27, eliminere ethvert spor av størknet produkt som forble på den ytre vegg av sylindrene.

Til slutt kan apparatet omfatte innretninger for akselerert av-kjøling av størknet produkt ved dynking eller sprøyting av vann og en innretning for ytterligere avkjøling av sylindrene ved sprøyting av de ytre vegger fulgt av en tørkeinnretning for å garantere at veggene er helt.frie for spor av vann når de når støpesonen.

Eksempler.

En første utførelsesform for apparatet ifølge oppfinnelsen er konstruert omfattende to hule kobbersylindre, med en diameter på 126 mm og en lengde på 300 mm, anordnet slik at aksene er parallelle i et horisontalt plan og 130 mm fra hverandre.

Med apparatet bragt til en rotasjonshastighet på 4,5 omdr./min.

og med vann strømmende ned i hver sylinder i en mengde av 40 1/ min. var det mulig å bringe til størkning ca. 6 kg/min. korundum-zirkoniumoksyd inneholdende 20% ZrC^ og 68% A^O^. Da det forlot sylindrene, ble produktet spontant brutt opp i polygonale stykker med 3 - 15 mm kanter med en tykkelse på 4 mm. Noen stykker brakk i medianplanet (krympehull). Det er således en meget god prepar-ering for knuseprosessen.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen ble det benyttet to stålsylindre med en diameter på 350 mm og en lengde på 1000 mm. Deres parallelle akser som ble holdt i samme horisontalplan, var 354 mm fra hverandre. Rotasjonen skjedde ved en hastighet av 3,5 omdr./min.

Sylindrene var i én ende utstyrt med en flens med en diameter på 450 mm og også bestående av stål. Sylindrene ble anbragt "an-føttes" slik at flensene ga en lateral begrensning for det frie rom mellom sylindrene. Hver sylinder ble avkjølt ved å sirkulere 200 liter kaldt vann pr. minutt. 42 kg korund-zirkon inneholdende 25% 1x0^ og 75% aluminiumoksyd ble anbragt til størkning i tynne plater på denne apparatur.

En ytterligere utførelsesform omfatter to kobbersylindre med en lengde på 1000 mm og en ytre diameter på 346 mm. Disse dekkes med to kraver bestående av hardt bråkjølt stål med en tykkelse på 2mm og en ytre diameter på 350 mm, anbragt i varmen. Kobber-sylindrene er innvendig oppstivet av kobberfinner anordnet i dia-metriske plan.

Finnene understøtter også varmeveksling mellom metallet i sylindrene og kjølevannet. Sylindrene er utstyrt med stålflenser med en diameter på 450 mm som vist i fig. 4.

De horisontale parallelle akser av disse sylindre ligger i et

plan skrådd 25° mot horisontalen og er anbragt 355 mm fra hverandre .

Dette arrangement forbedrer tilmatning av flytende korund-zirkon til maskinen. Når sylindrene dreier seg med 3 omdr./min. og kjølevannet tilføres i en mengde av 220 l/min. pr. sylinder var det mulig å bringe til størkning korund-zirkon inneholdende 25% Zr02 på kontinuerlig måte i en mengde av 48 kg/min.

Oppfinnelsen passerer mere spesielt på hurtigstørkning av avkjøl-ing ved kontinuerlig støping av ikke-metalliske smeltede produkter basert på metalloksyder, med smeltepunkter opp til 2000°C.

Dette gjelder hvit korund (rent elektrosmeltet aluminiumoksyd), sort korund (elektrosmeltet alumuniumoksyd inneholdende noen få prosent urenheter slik som oksyd av jern, titan og silisium), korund-zirkon, metallurgisk dross og slagg basert på kalk, silisium-oksyd, magnesiumoksyd, aluminiumoksyd og forskjellige metalloksyder med smeltepunkter mellom 1000 og over 2000°C, og spesielt slipemidler basert på aluminiumoksyd og aluminiumoksykarbider.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for å bevirke hurtig størkning ved avkjøling, ved kontinuerlig støping av smeltede produkter basert på metalloksyder, karakterisert ved at det smeltede produkt innføres i et konvergerende rom som dannes ved hjelp av to metallsylindre hvis akser er parallelle og i det vesentlige horisontale, som dreier seg i motsatt retning, som beveges med i det vesentlige lik periferihastighet og hvis akser befinner seg i en avstand lik summen av hver sylinders radius pluss minst 1 mm, at sylinderveggene avkjøles, at rotasjonshastigheten for sylindrene og kjøleeffekten reguleres på en slik måte at en flytende film fremdeles eksisterer på et nivå på høyde med planet som er felles på rotasjonsaksene, mellom to størknede utvendige sjikt, at filmen forlenges ut over nevnte plan i en lengde minst lik 1 cm, og at det størknede produkt gjenvinnes i det divergerende rom som dannes mellom sylindrene.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de indre sylindervegger avkjøles ved sirkulering av en kjølevæske slik som vann.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at den ytre vegg av sylindrene avkjøles ved påsprøyting av vann og at ethvert spor av vann på veggene deretter fjernes før de bringes tilbake i kontakt med smeltet produkt.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket,som helst av de foregående krav, karakterisert ved at en inert gass-strøm bringes til gjennomstrømning gjennom det konvergerende rom.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at rommet mellom de to sylindres akser før innføring av det smeltede produkt påbegynnes, lukkes med lukkeinnretninger som kommer ut når sylindrene settes i rotasjon.

6. Apparat for bevirkning av hurtig størkning ved avkjøling av smeltede produkter basert på metalloksyder ved støping mellom avkjølte sylindre, omfattende: en innretning (4) for å tilveiebringe en kontrollerbar tilmatning av smeltet produkt (3), to sylindre (5 og 6) anordnet for rotasjon med parallelle og i det vesentlige horisontale rotasjonsakser (7, 8),karakterisert ved at aksene (7, 8) er anordnet for å gi en åpning over hvilken det i det konvergerende rom (10) dannes en dam (20) av smeltet produkt, avgrenset av laterale vegger (21), hulrom (12, 13) i sylindrene (5, 6) for avkjøling ved sirkulasjon av kjøle-væske, midler for å sette sylindrene (5, 6) i synkron rotasjon ved i det vesentlige lik periferihastighet, midler for å regulere rotasjonshastigheten for sylindrene, midler (26, 27) for gjenvinning av størknet produkt (25) i det divergerende rom (11), og to stasjonære tette deler (18) for å holde fast dammen (20) ved hver ende av sylindrene (5, 6).

7. Apparat ifølge krav 6,karakterisert ved at den omfatter midler for avkjøling av sylinderens ytre vegger ved å sprøyte på vann samt midler for å fjerne et hvert spor av vann fra dem før de kommer tilbake i kontakt med smeltet produkt.

8. Apparat ifølge et hvilket som helst av kravene 6 og 7, karakterisert ved at den omfatter midler (26, 27) for skraping av ytre vegger av sylindrene (5, 6) anordnet i det divergerende rom (11) mellom valsene.

9. Apparat ifølge et hvilket som helst av kravene 6-8, karakterisert ved at den omfatter lukkeinnretninger (21) anordnet langs sylindrene (5, 6).

10. Apparat ifølge et hvilket som helst av kravene 6-9, karakterisert ved at den omfatter midler for sirkulering av en inert eller reduserende gass i det konvergerende rom (10) mellom sylindrene.

11. Apparat ifølge et hvilket som helst av kravene 6-10, karakterisert ved at den omfatter midler for lukking av spalten mellom sylindrene i planet gjennom sylindrenes akser.

12. Apparat ifølge krav 6,karakterisert ved en dyse (22) for tilmatning av flytende produkt til det konvergerende rom mellom sylindrene.

13. Apparat ifølge et hvilket som helst av kravene 6 - 12, i karakterisert ved at minst én av sylindrene er anordnet på elastiske lagre.