NO177043B - Apparat ved kontinuerlig vann-stöping av metall - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat for kontinuerlig vannstøping av metall, av den art som er angitt i krav l's ingress.

Vannstøping er en teknikk hvor aluminium eller andre smeltede metaller helles inn i innløpsenden av en form med åpne ender mens flytende kjølemiddel tilføres til formens indre periferi for å kjøle støpeplaten og medføre en primær avkjø-ling. Det samme eller et annet kjølemiddel blir vanligvis tilført som sekundær kjøling til overflaten av blokken som kommer ut av formens utløpsende for å fortsette avkjølingen av det størknende metallet. Der hvor det er mulig, tilføres kjølemidlet rundt formens periferi eller en del av denne og også til overflaten av blokken som kommer ut, for å gjøre kjøleeffekten så jevn som mulig. På grunn av formens tverr-snittform, kjøles ikke blokken med jevn hastighet gjennom hele sitt tverrsnitt og videre har hastigheten en tendens til å variere ikke bare med plasseringen størkningsprofilen med også med hastigheten hvorved metallet helles i formen, typen av legering som støpes, metalltemperaturen og støpe-hastigheten. Metallet langs blokkens sidevegger har en tendens til å kjøle og krympe med ujevn hastighet, med det resultatet at sideveggene har en tendens til å trekke seg innover mot sentrum og miste sin flathet.

For å oppnå flate blokker er det fremstilt former som er i stand til å danne en krone på de bredeste sideveggene til en rektangulær blokk for å kompensere for den ujevne krympingen som skjer på disse sideveggene når blokken størkner. Det er også fremstilt former som er i stand til å justere graden av defleksjon i kronen som er dannet på disse sideveggene til blokken når formens støpehastighet øker fra en begynnende lav hastighet ved dannelse av blokkroten, til høyere opera-sjonshastighet under resten av operasjonen. For eksempel USP 4.030.536 beskriver et system hvor formens relativt lengre sider bøyes under støpeoperasjonen for å justere kronen som dannes på de bredeste sidene av blokken.

Selv om former av denne typen kan gi en variabel krone på de bredeste sidene av blokken gjenstår problemet med ujevn kjøling av blokken på grunn av et uregulært treffpunkt for kjølemiddelet på blokken. Blokken krymper med en gang størk-ningen begynner, slik at treffpunktet i en standard form i virkeligheten er variabelt. Dette betyr av varmeekstraksjo-nen er ujevn, spesielt i sentrum av blokken hvor krympingen er størst.

Kanadisk patent 1.188.480 beskriver en vannstøpemetode hvor treffpunktet av flytende kjølemiddel på blokken som kommer ut kan varieres nærmere eller lenger bort fra formens ende. Dette gjøres ved å rette en første kjølemiddelstrøm i en spiss vinkel med metallets bevegelsesretning, og plassere en andre kjølemiddelstrøm som konvergerer med den første kjøle-middelstrøm, slik at ved å variere volumet og/eller hastigheten på én eller flere strømmer, kan treffpunktet for kjølemiddel på blokken som kommer ut kontrolleres.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å frembringe mid-ler for å justere retningen for kjølemiddelstrømmen avhengig av lokale krympeforhold, slik at det kan erholdes jevne treffpunkter og fortrinnsvis konstante relative treffvinkler over hver flate av blokken som kommer ut.

Støpeapparatet ifølge foreliggende oppfinnelse har en formplate med ringform som gir en indre formoverflate som definerer periferien til blokken som skal støpes, med en indre kjølemiddelpassasje for kjøling av formen sammen med en sekundær kanal eller kanaler for tilførsel av kjølemiddel, som forbinder de indre kjølekanalene utover i metallets bevegelsesretning gjennom utløpene i en flate av formen ved formoverflaten. I henhold til den nye egenskapen er det plassert deflektormidler som er anpasset for å ta imot kjølestrømmen som kommer ut av utløpskanalen eller kanalene og avbøye kjølemiddelstrømmen i variable retninger, avhengig av formen på blokken som kommer ut, hvorved kjølemidlet treffer blokken i en konstant avstand, og fortrinnsvis i en relativ konstant treffvinkel under formplaten over hver flate av blokken. Deflektormidlene kan enten være en meka-nisk deflektor eller væskedyser som tar imot og avbøyer kjølemiddelstrømmen. Apparatet er således særpreget ved det som er angitt i krav l's ingress, ytterligere trekk fremgår av kravene 2-6.

I henhold til en foretrukket utforming er formplaten rektangulær og bevegelige deflektorplater er plassert ved den lange og korte siden av formen. Hver bevegelig plate kan

beveges enten horisontalt eller vertikalt for å ta imot den sekundære kjølemiddelstrømmen. Overflaten til platen som tar imot kjølemiddelstrømmen er forsynt med forskjellige former eller konturer. Denne variable formen er bestemt av formen til blokken som kommer ut hvorved kjølemiddelstrømmen av-bøyes slik at den kompenserer for variasjoner i blokkens form, og derved medfører at kjølemiddelstrømmen treffer blokken på et jevnt punkt og fortrinnsvis under en konstant relativ vinkel.

Alternativt er det mulig å plassere en strømrettende flate med konturer på selve formen ved den utstrømmende kjøle-middelstrømmen. Denne strømningsrettende flate virker da i kombinasjon med en bevegelig deflektor, som medfører at kjølemiddelstrømmen treffer blokken med et jevnt treffpunkt og fortrinnsvis med en konstant relativ vinkel.

En annen mulighet er en vannstrøm med konturer hvor utløps-hullene for vannet har en variabel stigning med hensyn til den vertikale aksen og en variabel avstand fra formflaten. Derved oppnås et jevnt konstant treffpunkt på blokken ved en fortrinnsvis relativ konstant vinkel.

Det er også mulig å avbøye kjølemiddelstrømmen i et variabelt mønster ved strømningsmidler. Sekundære stråler av luft eller kjølemiddel som påvirker retningen til hoved-kjølestrømmen kan brukes, slik at retningen til hovedkjøle-strømmene avbøyes på en lignende måte som det som oppnås ved deflektorplater.

I henhold til nok en foretrukket utforming er en kjølemani-fold plassert under formen og står i forbindelse med de indre kjølemiddelpassasjene. Denne kjølemiddelmanifolden kan også virke som en kilde for kjølemiddel for tertiær kjøling av blokken. Kjølemiddelutløpene kan i dette tilfellet plas-seres i sideveggene av manifolden, hvilke utløp er forbundet med kontrollerbare kjølemiddel-ejektorer. Dette gjør det mulig å operere en tertiær kjøling uavhengig av den sekundære kjølingen.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet med følgende beskriv-else av visse foretrukne utforminger som er gitt i form av eksempler, med referanser til de medfølgende tegninger. FIGUR 1 er en perspektivskisse av en sammensatt form i henhold til oppfinnelsen. FIGUR 2 er et snitt av en sammensatt form i henhold til oppfinnelsen. FIGUR 3 er et snitt som viser detaljer av formplaten i figur 2. FIGUR 4 er et snitt som viser detaljer av en plate i første posisjon. FIGUR 5 er et snitt som viser detaljer av en plate i andre posisjon. FIGUR 6 er et snitt som viser en annen utforming av formplaten. FIGUR 7 er et snitt som viser detaljer av en andre avbøy-ningsplate i en første posisjon. FIGUR 8 er et snitt som viser detaljer av en andre avbøy-ningsplate i andre posisjon. FIGUR 9 er et snitt som viser et tertiært kjølesystem i lukket posisjon. FIGUR 10 er et snitt som viser utformingen i figur 9 i åpen posisjon. FIGUR 11 er en skisse som viser kjølestrømsmønsteret for

utformingen i figur 2.

FIGUR 12 er en skisse som sammenligner formens og avbøy-ningsplatens profiler. FIGUR 13 er et snitt som viser grunnlaget for bestemmelse av en formplate deflektor form. FIGUR 14 er en kurve som viser konturvariasjoner langs avbøyningsplatens lengdeakse. FIGUR 15 er en kurve som viser de relative konturer til formflaten og avbøyningsplaten.

Apparat ifølge støpeformsammenstillingen i foreliggende oppfinnelse omfatter et ringformet rektangulært legeme med åpne ender. Formplaten 10 har en kort vertikal formflate 11, en toppflate 12 og en bunnflate 13. Denne platen er passende fremstilt av aluminium og omfatter kjølekanaler eller slis-ser 15 med et mangfold fordelte utløpskanaler 16, som forbinder hver kjølekanal 15 med bunnen 13 av formplaten 10. Fortrinnsvis brukes en serie tverrgående fordelte hull for kanalene 15, som hver er lukket i den ytre enden med en

plugg 44 og forbinder den indre enden med utløpskanalene 16.

Kjølekanalene 15 er forbundet ved hjelp av et antall huller 17 med en kjølemanifold 18 montert på bunnflaten 13 av formplaten 10. Kjølemanifolden 18 er fremstilt med kraftige sidevegger 19 og en bunn 20. De kraftige sideveggene 19 i hver kjølemanifold har en betydelig strukturell virkning ved at de gir stivhet til formplaten 10. Kjølemanifolden 18 er montert til bunnen av formplaten 10 ved hjelp av skruer eller bolter 23, som også strekker seg gjennom rammelegemet 27. Flatene mellom kjølemanifolden og formplaten er forseglet med O-ringer.

Med dette systemet strømmer vann under trykk inn i manifold-reservoaret 40 gjennom innløpet 21, og strømmer videre gjennom silen 41 oppover gjennom hullet 42 til en regulerings-plate 14 for kjølemiddel. Denne reguleringsplaten retter strømmen av kjølemiddel oppover gjennom hullene 17 i en jevn strøm. Kjølemidlet strømmer langs kanalen eller kanalene 15 som strekker seg parallelt med toppflaten til formplaten. I en typisk utførelse er kanalene 15 hull med en diameter på

ca 4 mm og en avstand fra hverandre på ca 6 mm. Toppen av kanalene 15 er fortrinnsvis bare en kort avstand under toppen av formen, dvs ikke mer enn ca 10 mm for å sikre en god kjøleeffekt på formens ytre flate.

Vannet som strømmer gjennom kanalene 15 strømmer ut gjennom fordelingshullene 16. Disse utløpspassasjene 16 er, som vist i figur 3, plassert på en skrånende bunnflatedel 25 i avstand fra formflaten med en smal nedover hellende leppe 24.

Innløpsdelen av formen inkluderer en isolerende topp 33 som generelt har samme form som formen med hvilken den er forbundet. Denne isolerende topp er fremstilt av et varme-bestandig og isolerende materiale, som feks ildfast materiale, som ikke vil ødelegges når det kommer i kontakt med det flytende metallet. Denne isolerende toppen 33 er plassert i en posisjon tilstøtende eller ved siden av og strekker seg rundt ytterkanten av toppdelen til formens veggflate 11.

Den isolerende toppen medfører en relativt jevn fjerning av varme fra det smeltede metallet under støpeoperasjonen når det brukes en kortvegget form. Det isolerende materiale 33 holdes på plass av rammelegemer 27 og topp-plater 35. Disse er fortrinnsvis fremstilt av aluminium og presses mot formplaten 10 ved hjelp av bolter 23. Hvert rammelegeme 27 inkluderer riller 28 som holder 0-ringer som forsegler toppflaten av formen. En oljeplate 31 er fortrinnsvis klemt mellom rammelegemet 27 og en isolerende topp 22 på den ene siden og formplaten 10 på den andre siden. Denne oljeplaten 31 har riller i den nedre flaten for forsyning av olje til formflaten 11 og er forbundet ved den indre kanten ved hjelp av oljekanal eller kanaler 29 til et oljekammer 3 0 inne i rammelegemet 27. Oljen tilføres til kammeret via ventilfor-bindelsen 32.

Under drift føres smeltet metall 37 inn i innløpet bestående av den isolerende toppen 33. Fortrinnsvis skjer kjølingen ved kontakt med formflaten 11 og det dannes et ytre sjikt. Dette ytre sjikt sprøytes med kjølevann under formskjørtet for å få en videre størkning og dette medfører krymping av blokken som vist i figur 2.

En hovedegenskap med foreliggende oppfinnelse ligger i at avbøyningsplaten 38 er montert direkte under bunnflaten 13 til formplaten 19. Denne avbøyningsplaten 38 er anpasset til å beveges på tvers, slik at en deflektorflate beveges ut av og inn i forbindelse med kjølemiddelstrømmen som kommer fra utløpskanalene 16.

En utforming av avbøyningsplatearrangementet kan sees på figurene 2-5. Platen består av en legemsdel 38 som strekker seg på langs under en kant av formplaten og denne platen 38 er hengslet montert ved hjelp av hengselpinner 51 til braketter 52 festet til sideveggen 19 av kjølemanifolden 18. Den øvre delen av avbøyningslegemet inkluderer en skrånende deflektorflate 53 som er spesielt formet som definert senere. Umiddelbart under deflektorflaten 53 er det plassert et trangt stoppelegeme 54 som forhindrer at avbøyningsplaten fra å komme i direkte kontakt med den dannede blokken 36 og derved blir det en minimum avstand for vannstrømmen 55. I posisjonen vist i figur 4 kommer kjølemidlet i kontakt med blokken 36 som dannes ved et høyt treffpunkt 56, mens kjøle-midlet i figur 5 treffer blokken 36 med et lavt treffpunkt 57.

En arm 49 er festet til platen 38 og strekker seg nedover under hengselet 51 for å holde et fjærlegeme 43. Dette fjær-legemet presser utover mot armen 49 og tvinger deflektorflaten 53 i retning bort fra blokken.

Deflektorflaten 53 beveges ut av og i kontakt med kjølemid-delstrømmen som kommer ut av utløpskanalene 16 ved hjelp av en aktuatormekanisme 39. Denne er i form av en sylinder som kan aktueres til å tvinge deflektorflaten 53 i kontakt med varmstrommen. En fludium kan tilføres sylinderen 39 ved hjelp av manifolden 58.

En alternativ form for tilførsel av kjølemiddel og avbøy-ningsplate er vist i figurene 6-8. Hovedstrukturen til den sammensatte formen og platen er lignende det som er vist i figurene 2-5, men utløpsdelen for kjølemiddel av formplaten 10 er modifisert ved å plassere en dyp rille i bunnen av flaten 13 slik at det dannes et relativt dypt nedover-hellende skjørt eller kant 65. Den indre overflaten av dette skjørtet eller kanten omfatter en hellende deflektorflate 66. Den innerste kanten av rillen omfatter en nedoverhel-lende utkraving 67.

Platelegemet 38a ved den øvre enden derav inkluderer en nedover strekkende slisse 68 med sidekanter i hvilken slisse utkravingen 67 strekker seg. Utkravingen 67 begrenser den tverrgående bevegelsen til platen 38 mellom den indre endeflaten av slissen 68. Platens øvre kant ved denne utformingen inkluderer også en skrånende deflektorflate 69.

Med begge deflektorutformingene beskrevet over, er det plassert kjølemiddel-deflektorflater som medfører at kjølemid-delstrømmen treffer den utkommende blokken i et jevnt treffpunkt og fortrinnsvis med en konstant relativt vinkel. Det oppnås ved å bruke enten en deflektorflate 53 med variable konturer eller en avbøyningsplate 69 med faste konturer og nedstrekkende skjørtflate 66 med variable konturer.

For utformingen av deflektorflaten 53 med konturer, erholdes dette ved variasjon i form og vinkel i henhold til figurene 11 og 12 og dimensjonene vist i tabell 1. Som det fremgår av figur 11 har deflektoren 38 en ytre kanttupp A og denne deflektor beveges på tvers over kjølemiddelutløpet 16 i formplaten 10. Blokken 36 danner en profil 81 etterhvert som den krymper, og linjen 82 representerer tangenten til blokkprofilen ved treffpunktet for kjølemidlet 91. Vanngapet som erholdes ved posisjonering av deflektoren 39 er vist ved avstanden 83, mens avstanden 84 representerer den relative avstanden mellom formprofilen 11 og platekanten A. Avstanden fra blokkoverflaten til platekanten A er vist med avstanden 85. Den øvre kanten av deflektorflaten 53 snitter bunnflaten av formplaten 10 i en avstand fra endeflaten 11 representert ved avstanden 86. Vinkelen alfa (cx) er stigningsvinkelen av tangentlinjen 82 til vertikalaksen, mens vinkelen gamma ( y) er den foretrukne konstante relative treffvinkelen.

Som det fremgår av figur 12 er den indre kanten av formplaten 10 vist med linjen 11. Platen 38 er kortere enn formens åpning, og denne slutter inne i formåpningen ved en linje som er indikert som +643 og -643 som indikerer en avstand på 643 mm fra formåpningens senterlinje. Linjene 87 representerer linjer som er parallelle med den langsgående aksen av formåpningen og snitter endene av platen 38. Dimensjonen 88 representerer avstanden mellom profilene til formflaten og profilen av platevinkelen A, mens dimensjonen 89 og linjen 90 viser avviket av plateflaten fra linjen 87.

Apparatet ble beregnet på basis av dimensjonene vist i tabell I under. Begrepene som brukes i tabell I har følgende betydning : Kantavstand : avstanden langs platens langsgående akse fra senterlinjen hvor hver måling ble gjort.

Formawik : dette er avstanden 89 vist i figur 12 mellom formflaten og linjen 87.

Form/plate : dette er avstanden 88 mellom profilene av formflaten og platekanten A.

Vinkel alfa : dette er stigningen til tangentlinjen 82 med vertikalaksen.

Plateawik : dette er avstanden 90 mellom plateflaten og linjen 87.

Punkt A : dette er avstanden 84 av platekanten A fra formprofilen 11. En negativ verdi indikerer at kanten A har beveget seg i formprofilen.

Formens skjæringspunkt : dette er avstanden 86 vist i figur 11.

For den brukte formen ble blokkprofilen målt under støping på forskjellige punkter rundt på blokken. Kurver som representerer blokkprofilen ble så plottet, og en tangentlinje 82 ble trukket ved ønskede treffpunkter. Vinkelen cx ble bestemt mellom vertikalaksen og tangentlinjen 82. Dimensjonene for plateutforming ble så bestemt utfra det ønskede treffpunkt, vinkelen cx, vannets relative treffvinkel og ønsket vanngap. Konturene fra tabell I er vist grafisk i figurene 14 og 15 og er anvendt på en blokk med målene 600 x 1345 mm.

For utformingen i figurene 6 - 8 er konturen av flaten 66 oppnådd i henhold til figur 13. I figur 13 er vinkel cx den variable vinkelen mellom endeflaten av blokken med vertikalplanet. Treffpunktet 92 er 7 mm under bunnflaten av formplaten 10 og vanngapet 93 er 1.9 mm. Vinkelen 0 er en variabel vinkel mellom horisontalplanet og senterlinjen til vanngardinet, mens vinkelen 8 er en variabel vinkel mellom konturflaten 66 og den rette linjen, mellom treffpunktet 92 og bunnflaten 97 til konturflaten 66. Vinkelen 92 mellom plateflaten 69 og horisontalplanet er fast på 16°, mens vinkelen 3 av flaten 66 og vertikalplanet er variabel. Avstanden 95 mellom formflaten 11 og treffpunktet 92 er variabel avhengig av lokale krympeforhold, på samme måte som avstanden 92 mellom formflaten 11 og konturflaten 66. Den viktige betraktningen her er vinkelen p som er variabel og varieres i forhold til den dannende formen til blokken. Graden av variasjon kan lett bestemmes på samme måte som

beskrevet for utformingen i figurene 3-5.

Det er enkelte ganger ønskelig å bruke en tertiær avkjøling og et slikt arrangement er vist i figurene 9 og 10. Her er det plassert huller 71 i manifoldens sidevegger 19, og det er et strømningskontrollsystem bestående av et fast platelegeme 72 og et vertikalt bevegelig platelegeme 73. Disse platene er forseglet til sideveggens overflate ved hjelp av o-ringer 74, 75. På den faste platen 72 er det montert et vertikalt bevegelig stempel 76. Dette stempelet treffer den bevegelige platen 73 og beveger den nedover mot en fjær-belastning 77. Når den bevegelige platen 73 er beveget nedover ved hjelp av deflektoren 38b, åpner den en kjølekanal 78 med et hellende utløp 79, hvorved en strøm av tertiært kjølemiddel 80 rettes mot blokken.

Claims (7)

1. Apparat for kontinuerlig vannstøping av smeltet metall, omfattende en åpen-endet vannstøpeform omfattende en formplate (10) med indre aksielle formflater (11) , som definerer et rektangulært eller kvadratisk støpehulrom med mot-stående sidevegger og kjølemiddelfordelingshull (16) til-støtende støpehulrommet, og tilpasset for å avgi strømmer av kjølemiddel innad i en vinkel til metallets bevegelsesretning for anslag mot en dannet rektangulær eller kvadratisk blokk (36), karakterisert ved at det er anordnet deflektormidler (53, 66) med en varierende overflatekontur for avbøyning av kjølemiddelstrømmene i en varierende retning avhengig av de lokale krympebetingelser for den rektangulære eller kvadratiske blokk (36), slik at kjølemidlet støter an på blokken i en konstant avstand under støpeplaten (10) rundt periferien av blokken (36).

2. Apparat i henhold til krav l, karakterisert ved at deflektoranordningen er en ledeplate (53) med en deflektorflate med varierende kontur og tilpasset til å avbøye kjølemiddelstrømmene i kompensasjon for den ytre størkningsprofil av den formete blokk (36).

3. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at ledeplaten (53) er en bevegelig ledeplate.

4. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at ledeplaten (53) har minst én utstikkende finger (54) for å bibeholde en mini-mumsavstand mellom ledeplaten (53) og blokken (36) og gi et konstant strømningsgap (55) mellom ledeplaten og den støpte blokk.

5. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at ledeplaten (53) er dreibart montert.

6. Apparat ifølge kravene 2-5, karakterisert ved en kjølemiddelmanifold (18) som er montert på nedstrømssiden av blokken (10), hvilken manifold (18) innbefatter utførselsmidler (79) for separat utføring av kjølemiddel (80) på huden av den dannete blokk.

7. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at (a) deflektoranordningen omfatter et nedadgående skjørt eller formingsplate (65) tilstøtende kjølemiddelfordelingshullene (16), hvilket skjørt (65) har en overflate (66) med varierende kontur og tilpasset til inngrep med kjølemiddelstrømmene, og avbøye disse slik at kjølemiddelstrømmene støter an mot langsidene av den utgående rektangulære blokk (3 6) med et jevnt anslagspunkt, og (b) en kjølemiddelbaffel (69) tilpasset for å rette kjølemiddelstrømmene som utgår fra åpningene (16) til anslag mot skjørtoverflaten (66) med varierende kontur.