NO177219B - Stöpeutstyr for stöping av metall - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører støpeutstyr for kontinuerlig eller semi-kontinuerlig vannstøping av metall (DC-støping), spesielt støping av valseblokker av aluminium, omfattende en støpeform som har et åpent innløp for tilførsel av smeltet metall og et formrom med et åpent utløp hvor det er anordnet tilførselsmidler for vann for direkte kjøling av det smeltede metallet, samt midler for tilførsel av gass eller luft for å redusere kjøleeffekten i det minste i startfasen av støpeprosessen.

Ved bruk av forskjellige metoder er det påvist at redusert kjøling i startfasen ved DC-støping av metall gir positiv effekt med hensyn til oppkrymping, startsprekker og overflatekvalitet. Det er også sannsynlig at det har en positiv effekt mot dannelse av såkalt "klumpfot".

Ved en kjent metode som vist i U.S. patentskrift nr. 4.693.298 tilsettes luft i vannet før det forlater vannspalten som strekker seg rundt hele formrommets omkretsretning ved dets utløpsende. Luftens innstrømmingsretning i forhold til vannet er ca 90° slik at det oppstår luftbobler i vannstrømmen, dvs. at luften er mekanisk blandet med vannet i vannstrømmen. Ved å erstatte noe av vannets volum med luft som her angitt tas sikte på å oppnå et jevnt vannskjørt med mindre mengde vann enn det som normalt er nødvendig for å beholde et jevnt vannskjørt samt ved hjelp av luften å oppnå en isolerende effekt. Tilsatsen av luft vil imidlertid, ved ellers like forhold øke vannhastigheten og dermed også øke kjøleeffekten av en gitt vannmengde pga. at det kalde vannet lettere vil trenge igjennom dampfasen på det støpte emnes overflate. Reduksjonen i kjøleeffekt ved tilsetting av luft i kjølevannet før det forlater vannspalten som angitt i ovennevnte norske søknad, er derfor begrenset. Dessuten gir løsningen som vist i det ovennevnte patentet små muligheter for differensiert kjøling, dvs. forskjellig kjøling for et område i forhold til et annet område i formen.

Ved en annen lignende kjent løsning som er beskrevet i U.S. patentskrift nr. 4.16 6.495, tilsettes C02 istedenfor luft i kjølevannet. Når vannet forlater vannspalten i støpeformen vil ørsmå bobler av C02 dannes pga. trykkfall og temperaturøkning. C02-boblene legger seg som et delvis isolerende lag mellom støpeemne og kjølevannet slik at det totale kjølearealet blir redusert. Denne metoden gir omtrent samme kjøleeffektreduksjon som førstnevnte metode, men er mer kostbar å anvende siden det benyttes C02 og ikke luft som tilsatsmedium og siden det må benyttes ekstra trykkreguleringsutstyr og blandeutstyr for å oppnå de trykkforhold som er nødvendige for å få prosessen til å virke. Denne metoden gir heller ikke mulighet for differensiert kjøling i støpeformen eller regulering av kjøleeffekten.

Det er ellers fra Metal Progress, nr. 2, 1957, side 70-74 ytterligere kjent en metode for redusert eller avbrutt kjøling hvor det benyttes luftdyser plassert et stykke under støpeformen. Når kjølevannet strømmer nedover støpeemnet og passerer forbi dysene blir vannet blåst bort fra emnet slik at området under luftdysene ikke blir utsatt for direkte vannkjøling, bare området over dysene. Denne løsningen gir således ingen redusert kjøling i startfasen av støpeprosessen og den positive effekten med hensyn til oppkrymping og overflatekvalitet er liten eller ubetydelig.

Med foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til DC-støpeutstyr av innledningsvis nevnte art som er minst like enkelt eller enklere enn de kjente løsninger, men som gir vesentlig større fleksibilitet med hensyn til regulering av kjøleeffekten og økt mulighet for reduksjon i kjøleeffekten i startfasen av støpeprosessen. Videre er det kommet frem til en løsning som gjør det mulig å differensiere kjølingen i støpeformen ved seksjonsvis styring av avkjølingshastigheten slik at det kan oppnås optimale kjøleforhold f.eks. i hjørnene og på kortsidene hvor de fleste problemene oppstår i startfasen av støpeprosessen.

Oppfinnelsen er karakterisert ved at det innenfor vannspalten og hovedsakelig parallelt med denne i omkretsretningen av støpeformen er anordnet en ytterligere spalte, hullrekke eller lignende for tilførsel av luft eller gass slik at det dannes et luft/gass-skjørt som er innrettet til å avbøye og/eller danne en luftpute mellom vannskjørtet og støpeemnet.

De uselvstendige kravene 2-4 angir fordelaktige trekk ved oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives nærmere ved hjelp av eksempel og under henvisning til tegningene hvor: Fig. 1 viser i prinsipp et oppriss av et støpeutstyr i henhold

til oppfinnelsen,

Fig. 2 viser et forstørret parti av støpeformen vist i Fig. 1

med en illustrasjon av virkemåten for oppfinnelsen, Fig. 3 viser det samme som i Fig. 2, men i henhold til en alternativ utførelse hvor luften og vannet har en annen utløpsvinkel. Fig. 1 viser som nevnt et støpeutstyr 10 ifølge oppfinnelsen, omfattende et innløpsparti med et innløp 8 for smeltet metall, et formrom 9 og et utløp 11 for et ferdig støpt støpeemne 2. Formrommet omsluttes av en støpeform 1 som fortrinnsvis er fremstilt av metall. En vertikalt bevegbar understøttelse 14 tetter for utløpet ved begynnelsen av støpeprosessen og understøtter støpeemnet etter hvert som dette dannes ved en kontrollert bevegelse nedad. Støpeemnet 2 som kan være pressbolt, valseblokk eller lignende, støpes med dette utstyret ut i definerte lengder, og utstyret betegnes derfor som semikontinuerlig.

Støpeformen 1 er for sin del forsynt med vannkammer og tilførselskanaler for vann som munner ut i en spalte 3, hullrekke e.l. Spalten 3 strekker seg rundt hele omkretsen av formrommet ved støpeformens 1 underside og kan være inndelt i seksjoner (ikke nærmere vist) for å kunne regulere vannmengden. Dvs. at kjølingen rundt omkretsen kan differensieres, noe som er spesielt ønskelig ved støping av valseblokk for å oppnå optimale kjøleforhold i startfasen av støpeprosessen. Idet vannspalten 3 strekker seg rundt hele formrommet, dannes et sammenhengende vannskjørt 16 rundt hele støpeemnet 2 under støpeprosessen.

Selve støpingen foregår på den måten at smeltet metall fylles i innløpet 8, og etter hvert som understøttelsen 14 senkes vil metallet størkne gradvis på veien nedover i formrommet 9, først i et utvendig "skall" i formrommet under primærkjøleprosessen og deretter lenger innover i metallemnet når det føres ut av formromutløpet 11 og kjøles av vannet under sekundærkjøle-prosessen.

Det spesielle ved foreliggende oppfinnelse består i at det innenfor vannspalten 3, på undersiden av støpeformen 1 er anordnet tilførselskanaler og en ytterligere spalte, hullrekke eller lignende 4 for tilførsel av luft eller annen gass. Hensikten med denne luftspalten som fortrinnsvis også strekker seg i hele omkretsretningen av formrommet, er å fremskaffe et luftskjørt 15 som kan avbøye vannskjørtet 16 og/eller danne en luft/gass-pute mellom metallemnet og vannskjørtet 16.

I Fig. 2 er det vist et forstørret parti av formen vist i Fig. 1, nærmere bestemt nedre, venstre formdel som illustrerer virkemåten for oppfinnelsen. Vannspalten 3 danner en vinkel i forhold til støpeemnets 2 lengdeakse, slik at vannskjørtet 16 er rettet skrått nedad og innad mot støpeemnet. Luftspalten er på sin side anordnet parallelt med støpeemnet, hvorved luften som tilføres vil avbøye vannskjørtet (ved pos. 6) slik at vannet treffer støpeemnet ved et punkt 7 lenger nede på dette. Avbøyningen kan økes og minkes ved å øke eller minke luftmengden og/eller vannmengden. Det skal her bemerkes at luftmengden, på lignende måte som vannet, kan styres seksjonsvis langs omkretsen for ytterligere å kunne optimalisere kjølingen under støpeprosessen.

Undersøkelser av vannstrømmen viser at luften som avbøyer vannskjørtet trenger inn i og danner bobler i vannet slik at det i tillegg til den reduserte kjølingen som oppnås ved å senke treffpunktet for vannet på støpeemnet også oppnås en ytterligere redusert kjøling på grunn av disse boblenes isolerende virkning og at deler av vannet i vannstrømmen blåses bort fra støpeemnet.

I Fig. 3 vises en alternativ løsning i henhold til oppfinnelsen hvor luftspalten 4 danner en vinkel 13 i forhold til støpeemnet. Herved treffer luftskjørtet 15 støpeemnet like i overkant av treffpunktet for vannskjørtet 16 slik at det dannes en luftpute mellom støpeemnet og vannet.

Det skal bemerkes at oppfinnelsen slik den er definert i kravene ikke er begrenset til de vinkler vannspalten og luftspalten har, slik de er fremstilt i figurene. Heller ikke er det noen begrensninger med hensyn til hvor mye luft eller vann som kan tilføres, eller mengdeforhold disse mediene imellom. Således kan oppfinnelsen slik den er definert i kravene, varieres både når det gjelder luft- og vannmengde og vinkler, slik at det oppnås optimal, differensiert kjøling med helt eller delvis avbøyning av vannskjørtet. Herunder kan både luften og vannet tilføres intermittent, dvs. i pulser.

Claims (4)

1. Støpeutstyr for kontinuerlig eller semikontinuerlig vannsstøping av metall (DC-støping), spesielt støping av valseblokker av aluminium, omfattende en støpeform (1) som har et åpent innløp (8) for tilførsel av smeltet metall og et formrom (9) med et åpent utløp (11) hvor det er anordnet tilførselsmidler inklusive en i omkretsretningen fortløpende spalte eller hullrekke (3) for vann for direkte kjøling av det smeltede metallet ved dannelse av et støpeemne (2) , samt midler (4) for tilførsel av gass eller luft for å redusere kjøleeffekten i det minste i startfasen av støpeprosessen, karakterisert ved at det innenfor vannspalten (3) og hovedsaklig parallelt med denne i omkretsretningen av støpeformen er anordnet en ytterligere spalte eller hullrekke (4) for tilførsel av luften eller gassen slik at det dannes et luft/gass-skjørt (15) som er innrettet til helt eller delvis å avbøye og/eller danne en luftpute mellom vannskjørtet (16) og støpeemnet (2) .

2. Støpeutstyr ifølge krav l, karakterisert ved at luftspalten (4) strekker seg parallelt med støpeemnet.

3. Støpeutstyr ifølge krav 1, karakterisert ved at luftspalten danner en vinkel (13) i forhold til støpeemnet.

4. Støpeutstyr ifølge kravene 1-3, karakterisert ved at vann- og luftmengden er individuelt regulerbare.