NO160691B - Fremgangsm te fo minske skumdannelse p ovemeltet metall. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for å nedsette skumdannelse på overflaten av smeltet metall ved helling av metallet i støpeformer eller lignende beholdere, eller under fritt fall av smeltet metall fra en smelteovn til en tapperenne, eller ved kaskadeoverfør ing av metall fra renne til renne.

Under helling eller fritt fall av smeltet metall, slik som f.eks. sink, dannes en betraktelig mengde metallskum på overflaten av metallet. Dette metall skummes vanligvis manuelt av overflaten av det smeltede metall. Denne arbeidsfunksjon er imidlertid meget krevende, og innebærer at arbeidere må befinne seg tett inntil smeltet metall samt frembringer vesentlig mengder av metallskum som må gjenvinnes.

Eksperimenter som er utført tidligere ved helling av smeltet sink i støpeformer har vist at årsaken til skumdannelsen var at luft ble trukket med i den fallende strøm av smeltet metall. Luft transporteres således ned under overflaten av det smeltede metall og danner luftbobler inne i metallsmelten. På grunn av oksydasjon dannes en tynn men seig sinkoksydfilm på innerflaten av boblene. Disse bobler stiger til overflaten, og når de dukker opp på denne er det observert at også utsiden av boblene er oksydert, og når det gjelder større bobler (diameter 12 15 mm), vil denne del av boblenes øvre skall størkne umiddelbart, skjønt den underliggende metallsmelte forblir i flytende tilstand fortsatt i flere minutter.

Ut i fra den erkjennelse at det dannede skum på overflaten av smeltet metall har sin årsak i at det dannes en sinkoksydfilm på bobleoverflaten, er det undersøkt flere metoder for enten utløsning av boblene eller å hindre dem fra å dannes. Som et resultat av disse undersøkelser er det i henhold til oppfinnelsen funnet at skumdannelsen kan minskes i vesentlig grad ved å holde det smeltede metall under fylling av støpeform eller fritt fall ned i støperenner eller andre beholdere, i hovedsakelig ikke oksyderende atmosfære for derved å hindre at det fallende metall trekker med seg så meget oksygen inn i metallsmelten at det dannes et stort antall bobler med seig oksydert film, som ikke brister når boblene flyter opp til metalloverflaten,men i stedet danner uønsket skum på overflaten.

Den ikke-oksyderende atmosfære dannes fortrinnsvis av en inert gass, slik som nitrogen, og den kan inneholde en liten mengde oksygen, f.eks. opp til 2%,uten å frembringe et uhensiktsmessig antall bobler.

Den ovenfor angitte fremgangsmåte kan da eventuelt utføres ved å anbringe et deksel på toppen av beholderen for metallsmelte samt ved å anordne en åpning i dekslet for passasje av det smeltede metall, mens utstyr er anordnet for å innføre en ikke-oksyderende gass på undersiden av dekslet.

Foreliggende oppfinnelse gjelder imidlertid en anordning for bruk i en maskin for kontinuerlig støpning og som omfatter en rekke innbyrdes tett anordnede, åpne beholdere montert på en endeløs transportørkjede, en dekkplate anordnet i en forut bestemt avstand over et antall nevnte beholdere og utstyrt med en åpning for tapping av smeltet metall i hver beholder etter hvert som de passerer under åpningen, samt organer for å innføre en ikke oksyderende gass i beholderne på undersiden av dekkplaten.

På denne bakgrunn av kjent teknikk fra f.eks. offentliggjort europeisk patentansøkning nr. 0.088.701 har så denne anordning i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at dekkplaten strekker seg over flere beholdere fremover og bakover fra nevnte åpning og er utstyrt med flere innløpsåpninger i innbyrdes avstand langs platens lengderetning og anordnet for tilførsel av den ikke oksyderende gass gjennom dekkplaten for derved i tiltagende grad å frembringe en ikke oksyderende atmosfære i beholderne etter hvert som de nærmer seg åpningen i dekkplaten og opprettholde nevnte atmosfære i beholderne når de passerer forbi åpningen.

Fortrinnsvis er anordningen i henhold til oppfinnelsen utført slik at den videre omfatter tetningsmidler anordnet over mellomrommene mellom nevnte åpne beholdere, således at betydelig lekkasje av gass gjennom nevnte mellomrom forhindres. Innløpslengden av dekkplaten før fyllåpningen er nødvendig for å få tid til å opprette den påkrevede ikke-oksyderende atmosfære, mens utløpslengden fra dekkplaten er nødvendig for å opprettholde den påkrevede ikke-oksyderende atmosfære. Innløpslengden er fastlagt av transportørens løpehastighet, beholdervolumet, gapet mellom beholderen og dekslet samt den innflytelse disse faktorer utøver på det volum beskyttelses-gass som er påkrevet for å oppnå den ønskede atmosfære. Utløpslengden er fastlagt ved den pneumatiske motstand som er påkrevet for å hindre tilbakestrømning av luft inn i den beholder som fylles.

Ved en transportørhastighet på 5 cm pr. sek. og med 25 kg støpeformer er det funnet at oksygeninnhold på mindre enn 0,5% kan oppnås med gap opp til 0,75 cm og med gassvolumstrøm lavere enn ca 30m<3>/time, ved anvendelse av en dekkplate med lengde lik bredden av fem støpeformer (tre foran og to etter fyllåpningen). Gassvolumstrømmene er overalt angitt ved standard temperatur og trykk.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart ved hjelp av et utførelseseksempel og under henvisning til de vedføyd tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser et apparat som anvendes for å utføre labora-torieforsøk med en faststående barrestøpeform. Fig. 2 er et eksempel på en anordning som anvendes ved støpning av smeltet metall i innbyrdes adskilte støpe-former i en maskin for kontinuerlig barrestøpning.

Fig. 3 viser et snitt tatt langs linjen 3-3 i fig- 2.

Fig. 4 viser et snitt langs linjen 4-4 i fig. 2.

Fig. 5 er en grafisk fremstilling som viser virkningen av forskjellige gapdimensjoner på oksygeninnholdet i støpe-formatmosfæren ved et fast nitrogenforbruk. Fig. 6 er en grafisk fremstilling som viser virkningen av varierende nitrogenforbruk på oksygeninnholdet i støpe-f ormatmosfaeren for to forskjellige gapdimens j oner . Fig. 7 og 8 viser utførelsesdetaljer ved støpeformen for å redusere gassbehovet. Fig. 9 viser en annen mulig utførelsesdetalj som reduserer den påkrevede gasstilstrømning, men omfatter en pakning som ikke er av gummi.

Det skal nå henvises til fig. 1 hvor det er vist et laboratorieapparat som omfatter en digel 10 med bunnåpning som anvendes for å tappe ut smeltet sink i en barrestøpeform 12 gjennom et deksel 14 som lukker oversiden av støpeformen. Digelens bunn er utstyrt med en åpning som er anordnet i flukt med en tilsvarende åpning i dekslet 14 og som er avtettet mot dekslet ved hjelp av hvilke som helst passende midler, slik som f.eks. ved sveising. Åpningen i bunnen av digelen er lukket av en pluggventil 16 som kan åpnes når det er ønskelig å tappe smeltemetall ned i støpeformen. Dekslet er avtettet mot støpeformen ved hjelp av en 0-ring 18. Et regulert nitrogeninnløp 18 samt utslipp 22 er anordnet gjennom dekslet for å opprettholde en passende ikke-oksyderende atmosfære oventil i støpeformen.

En innledende forsøksprosess ble utført idet digelen ble fylt med smeltet sink og derpå ventilen åpnet for å fylle støpe-formen. En betraktelig mengde skum ble dannet på overflaten av det smeltede metall. Den samme prosess ble gjentatt bortsett fra at den tildekkede støpeform ble overskylt med nitrogen før ventilen ble åpnet for å fylle formen. Støpe-formen ble avdekket straks etter fyllingen og før smelténs størkning for å tillate at metallet størknet i luft. Intet skum viste seg ovenpå det smeltede metall.

En rekke støpeprøver ble utført ved varierende støpetempera-turer og oksygenkonsentrasjon i nitrogengassen. Virkningene av varierende støpetemperaturer ble observert innenfor det normale støpetemperaturområdet for sink på 440-530°C. Rensegass ble tilført med volumstrømmer på 20 1 pr. minutt i løpet av et minutt og med nitrogenatmosfærer som varierte fra kommersiell renhet til konsentrasjoner på 2% oksygen. Skumfrie overflater på barrene ble oppnådd ved oksygeninnhold i nitrogenet som varierte fra 0 til omkring 2%. Det ble også observert at virkningene av temperatur og oksygeninnhold på-virker hverandre innbyrdes når det gjelder frembringelse av godtagbare barreoverflater. De forhold som ga godtagbare overflater på støpebarrer er sammenfattet nedenfor: (a) Kommersielt ren nitrogenatmosfære ved temperaturer mindre enn 450°C. Disse forhold frembragt en glit-rende krystallinsk overflate som er synlig gjennom en fullstendig gjennomsiktig oksydfilm. Ved temperaturer høyere enn 450°C ble det fenomen som vanligvis henvises til som "farvelegning" observert, hvor far-ver fra halmfarve til mørk purpur ble påvist. (b) Oksygeninnhold på omtrent 2% ved temperaturer i området 450 - 475°C. Disse forhold førte til en jevn sølvlignende oksydfilm på barreoverflaten.

Oppfinnelsen kan også utføres i en maskin for kontinuerlig barrestøpning, slik som en Sheppard-maskin som har et antall støpeformer montert på en endelø.s transportørk j ede. I så-danne maskiner kan den ikke-oksyderende atmosfære frembringes ved hjelp av en hette som omgir støpemaskinen i fyllsta-sjonen. Smeltet metall tilføres da fra en smelteovn til en tappeøse anordnet inne i hetten samt fra tappeøsen til støpeformene etter hvert som de passerer forbi fyllsta-sjonen. Et regulert nitrogeninnløp og et gassutslipp kan være anordnet gjennom hetten for å frembringe en ikke-oksyderende atmosfære inne i denne. Nitrogenatmosfæren inne i hetten må holdes ved et svakt overtrykk, slik at den omgivende oksyderende atmosfære på hettens utside ikke kan trenge inn i hetten gjennom innløps- og utløps-åpning-ene for støpeformene. Tetninger er imidlertid påkrevet ved hettens innløp og utløp for å hindre for stort tap av nitrogengass. Det skal nå henvises til fig. 2 hvor det er vist et tog av innbyrdes tett anordnede åpne barrestøpe-former 30 montert på et endeløst transportørkjede 32 som beveger seg med en transporthastighet på omkring 5 cm pr. sek. i den retning som er angitt ved pilen A. Støpeform-ene har alle plane toppflater. En stasjonær dekselplate 34 er montert tett inntil, men i en forut bestemt avstand D fra oversiden av formene, slik at den dekker et forut bestemt antall støpeformer foran og etter en tappestasjon som er montert på oversiden av dekselplaten. Denne tappestasjon er av vanlig utførelse og omfatter en tapperenne 36 som ender i en tappetut 38 som anvendes for tilførsel av smeltet metall til en støpeøse 40. Denne støpeøse 40 tippes med visse mellomrom for etter tur å helle metall i hver støpeform gjennom en hellesliss 42 i dekkplaten. Et fangstykke 44 er anbragt ved enden av tapperennen for å fange opp slagg som eventuelt kan flyte på overflaten av det smeltede metall.

Som vist i fig. 3, er dekkplaten 34 forsynt med et forut bestemt antall gassinnløpsåpninger 46, og en inert gass tilføres gjennom disse åpninger gjennom en frontmanifold 48 og en hovedmanifold 50. Inert gass tilføres den forr-este støpeform på undersiden av platen gjennom tre gass-innløpsåpninger for rask overskylling av støpeformen, samt til de gjenværende støpeformer under platen gjennom en enkelt rekke åpninger for gradvis å senke oksygeninnholdet og bibeholde dette under et forut bestemt lavt nivå i tappestasjonen. En ekstra manifold er også anordnet for å tilføre inert gass til støpeøsens innkapsling 54 og tappetutens innkapsling 56. Dekkstrimler 58 er anbragt i gapene mellom støpeformene for derved å hindre for stort gasslekkasje gjennom disse åpninger.

Som vist i fig. 4,er bredden av platen 34 lik bredden av støpeformene 30. Inert gass trenger inn i støpeformene gjennom gassåpningene 46 og strømmer ut gjennom gapene på sidene og ytterendene av dekkplaten.. Bredden av dekslet såvel som bredden av beholderen i forhold til beholderens indre hulrom er avhengig av den pneumatiske motstand som det er påkrevet å opprette for å hindre tilbakestrømning av luft inn i støpeformene.

Det er funnet at ved passende dimensjonering av dekkplat-ens lengde, antall og plassering av gassinnløpsåpningene, gassens volumstrøm samt gapene mellom støpeformene og dekkplaten, kan det opprettholdes en inert atmosfære på undersiden av tappeslissen 42 uten at det er nødvendig å anvende kontaktpakninger. For å lette utprøvningen av mellomrommene mellom gassinnløpsåpningene, gapdimensjonene og volumstrømmen av den inerte gass (nitrogen), ble det konstruert et laboratorieapparat for å simulere en kon-vensjonell støpemaskin. Antallet gassinnløpsåpninger i dekkplaten ble fastlagt slik at det til enhver tid var minst tre og høyst fire gassåpninger over en vandrende støpeform. Lengden av dekkplaten var slik at det til enhver tid var fem støpeformer (tre foran og to etter tappeslissen 22) på undersiden av dekkplaten.

Prøvene ble utført ved å opprette en forut bestemt volum-strøm av nitrogen gjennom dekkplaten, hvorpå støpeformene ble ført forbi dekkplaten med samme hastighet som på en vanlig støpemaskintransportør (5 cm/sek.). Hver støpeform ble i tiltagende grad overskylt med inert gass etter hvert som formene beveget seg inn under dekkplaten. Prøve av støpeformatmosfæren ble tatt ut midt på formen ved å pumpe ut en prøvemengde til en oksygenanalysator når støpeformen nærmet seg tappeslissen.

Forsøk ble utført for å fastlegge oksygeninnholdet i støpeformatmosfæren (a) ved varierende gapdimensjoner mellom støpeformen og dekslet og konstant nitrogentilførsel, samt (b) ved variende nitrogentilførsel og konstant gap-dimensjon. Resultatene av'disse prøver er vist i fig. 5 og 6. Frontmanifoldens volumstrøm ved det forsøk som er angitt i fig. 5 var omkring 6 m<3>/time, mens volumstrømmen gjennom hovedmanifolden var omkring 45 m<3>/time. Ved det forsøk som er angitt i fig. 6, var frontmanifoldens volum-strøm fastlagt til omkring 6 m<3>/time, mens gassens volum-strøm gjennom hovedmanifolden ble variert fra 15 til 90 m3 /time.

Resultatene av de prøver som fremgår av fig. 5 viser at oksygeninnholdet øker meget raskt for gapdimensjoner større enn 0,635 cm. Viktigere er det at denne kurve viser at mindre enn 0,5% oksygen kan oppnås ved gap opp til 0,76 cm ved økonomisk godtagbart gassforbruk (ca. 60 m<3>/time). Virkningen av varierende nitrogenforburk på oksygeninnholdet i støpeformenes atmosfære er anskuelig-gjort i fig. 6 for to forskjellige gapdimensjoner, nemlig 0,25 og 0,31 cm. Ut ifra disse kurver er det åpenbart at intet ytterligere oppnås ved å øke det atmosfæredannende gassforbruk utover 60 m<3>/time, samt at godtagtbart oksygeninnhold lett oppnås med meget lavt gassforbruk (30 m<3>/ time). Gaphøydene på 0,25 og 0,31 som anvendes ved disse prøver er praktiske verdier som lett kan oppnås og opprettholdes ved foreliggende støpemaskiner. Bedre toleran-ser som kan tilsiktes ved konstruksjon av støpemaskiner i fremtiden kan eventuelt føre til oksygeninnhold mindre enn 0,1% ved økonmisk gassforbruk.

Etter at de ovenfor angitte pilotforsøk var fullført, ble utstyr slik som vist i fig. 2 installert på en barrestøpe-maskin hos Canadian Electrolytic Zinc Limited, Valleyfield, Quebec, Canada for å demonstrere under praktiske produksjonsforhold at skumfrie barrer kan fremstil-les ved uttapning av flytende sink i nitrogenatmosfære.

Atmosfæreprøver ble innledningsvis utført med maskinen i drift, men uten uttapping av flytende metall. Disse prøver antydet at oksygeninnhold kunne opprettholdes i tappestasjonen innenfor området 0,3 - 0,5% og at intet ytterligere kunne oppnås ved å øke volumstrømmen over 60 m<3>/time.

Flytende sink ble så tilført med forvarmingsflammer på tapperennen og støpeøsen. Nitrogen ble først tilført ved 7,5 m<3>/time til frontmanifolden og ved 45 m<3>/time til hovedmanifolden for dekkplaten, samt etter hvert til støpeøsens og tappetutens innkapslinger ved 7,5 m<3>/time. Det oksygennivå som ble opprettholdt i tappestasjonen var innenfor området 0,35 - 0,45%.

En kraftig reduksjon av skumdannelse på støpe barrer ble observert selv før igangsetningsprosessen var fullført. Fullstendig fravær av skum ble oppnådd når gassrensingen av støpeøsens og tapperennes kapslinger var fullført.

Barrenes overflater viste seg å være lyse og slaggfrie. Gjennomsiktige oksydfilmer av samme art som ble oppnådd under laboratorieprøvene ved anvendelse av oksygennivåer i området 0,2 - 0,5%, ble også observert på disse barrer. Fig. 7, 8 og 9 viser forbedringsdetaljer for å nedsette gasstap i mellomrommet mellom støpeformene og på denne måte nedsette gassforbruket. I fig. 7 er støpeformenes kanter tykkere enn det som er vist i fig. 2, og dette medfører økning av gassens strømningsmotstand i gapet 60 mellom støpeformene. I fig. 8 er støpeformenes kanter ut-ført slik at gapet 62 forløper horisontalt for å hindre direkte gjennomstrømning av gass fra dekselåpningene. Denne utførelse tilsvarer på en måte de angitte deksel-strimler 58 i fig. 2, men er meget mer bestandig overfor slitasje. Fig. 9 viser en annen fremgangsmåte for å oppnå redusert gass-strømning, og som omfatter anvendelse av en pakning 64 mellom støpeformene. Dette alternativ er mulig, da de anvendte pakninger ikke er av gummi.

Claims (2)

1. Anordning for bruk i en maskin for kontinuerlig støpning og som omfatter en rekke innbyrdes tett anordnede, åpne beholdere (30) montert på en endeløs transportørkjede (32), en dekkplate (34) anordnet i en forut bestemt avstand over et antall nevnte beholdere og utstyrt med en åpning (42) for tapping av smeltet metall i hver beholder etter hvert som de passerer under åpningen, samt organer (48, 50) for å innføre en ikke oksyderende gass i beholderne på undersiden av dekkplaten, karakterisert ved at dekkplaten (34) strekker seg over flere beholdere (30) fremover og bakover fra nevnte åpning (42) og er utstyrt med flere innløpsåpninger (46) i innbyrdes avstand langs platens lengderetning og anordnet for tilførsel av den ikke oksyderende gass gjennom dekkplaten (34) for derved i tiltagende grad å frembringe en ikke oksyderende atmosfære i beholderne etter hvert som de nærmer seg åpningen i dekkplaten og opprettholde nevnte atmosfære i beholderne når de passerer forbi åpningen.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter tetningsmidler (58) anordnet over mellomrommene mellom nevnte åpne beholdere (30), således at betydelig lekkasje av gass gjennom nevnte mellomrom forhindres.